影像掃描器之關鍵零組件應用原理

        影像掃描器的基本原理，可略分成反射式和透射式兩種，折射式是經由發光二極體陣列的光源照射在被掃描的文件上，然後經過鏡片組的反射，並聚集在CCD（Charge Coupled Device,電荷耦合元件）或CIS（Contact Image Sensor,接觸型影像感測器）上，再由滾輪帶動由光柵輪所構成的編碼器來產生訊號。透射式則是利用光罩等外接光源，讓光線直接透過正負底片，在經由CCD\CIS讀取將光的訊號轉變為電的訊號，而產生出數位畫素（Pixel）資料。

        這當中最重要的關鍵零組件是CCD\CIS，亦即一般所謂的影像感光元件，其功能就是在影像掃描器中作為一個受光體，將所接收到的文字或圖形數位化。雖然國內已有能力製造此型零件，但高階掃描器的 CIS與CCD仍依賴日本進口。而一般CIS泛指包含影像感測器、光源、反射鏡等整套模組，CIS使用的感光材料是用來製造光敏電阻的硫化鎘，它可以很容易的製成一條長的陣列，但由於尺寸太長，無法使用鏡頭組成像，只能依靠貼近物件來識別物件內容，所以其光學解析度最高只能達到200dpi。此外，硫化鎘光敏電阻間相互干擾嚴重，解析度不佳。因此，無法同時製造三條平行的感光條來進行RGB掃描。接觸式感光元件不能使用陰極燈管，而需使用LED發光二極體陣列作為光源，這種光源無論在光色還是在光線的均勻度上都比較差。而且由於LED陣列是由數百個發光二極體組成，一旦有一個損壞就意味著整個陣列報廢，產品的壽命相對縮短。

CIS的原型 - 餽紙式掃描器專用
Color image sensor heads for sheet-feed scanners

         CCD則沒有這種困擾，讀者可參閱Mr.OH!數位講座第二講更進一步瞭解CCD。簡單的說，CCD是一個獨立的光電轉換元件，除了這個之外還必須加上鏡頭、反射鏡模組、光源馬達等個別獨立零組件，才能組裝成掃瞄器成品。就成本來說，CIS之價格比CCD貴約2至3美元，但CIS的設計採一體成型，不像CCD感測器還需搭配其他配件，才能取得影像。因此在整體產品成本上，CIS機種仍佔有價格優勢。從掃瞄品質的角度來看，CCD擁有較優異的掃瞄品質，以使用在高階產品為主，CIS由於發展時間較晚，技術不若CCD成熟，以使用在低階產品為主。在零件供給方面，CCD的研發及製造技術目前皆掌控在日本廠商手中；而黑白CIS的研發及製造，台灣已居於領先地位。

CCD與CIS之比較
（摘自 MIC 資策會）

        至於頂級的滾筒式掃描器，則採用一種光電倍增管（photomultiplier tube）俗稱PMT，作為感光元件。其材質主要是以金屬銫的氧化物及其他活性金屬的氧化物所混成，藉以提高其對光線的靈敏度。PMT技術可以一次將一束極亮的光線聚焦於圖像的一個極小區域，從而使滾筒式掃描器能夠在原稿密度很高的區域再現出所有的層次。更精細的說，PMT的光電陰極，在分色光線的照射下產生光電子游離，而游離的光電子經柵極加速放大後衝擊光電陽極形成電流。掃描器內的微處裡器，會依據所得電流得大小和分色光線進行排比與組合，從而得到數位影像。由於PMT的這種特性，使其不論在靈敏度，雜訊或是動態範圍上都有相當傑出的表現。更棒的是即使信號經過放大處理，光電倍增管仍可保持高度的線性能力，這使得輸出信號幾乎不用做任何修正就可以獲得準確的色彩。儘管光電倍增管掃描的速度較慢而且製造成本高昂，但其優異的解像和色彩還原力最常被用在價值不斐的專業滾筒掃描器上。

光電倍增管參考網頁

光電管原理示意圖

下期.........

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