CIS and 传动系统简介.doc

CIS簡介在傳真機領域，CIS(Contact Image Sensor，接觸式圖像感測器)技術已經取代CCD(ChargeCoupled Device，電荷耦合器件)技術，而在掃描器領域，CIS技術也向傳統的CCD技術提出了挑戰，市場上出現了一批外觀優美、價格低廉的CIS掃描器。目前，CIS掃描器在歐洲和日本市場已具有相當大的影響力。CIS技術能取代CCD技術嗎？讓我們來看看，CIS技術到底是怎么回事?一、單光源CIS掃描器的掃描頭結構掀開CIS掃描器的蓋板，可看到CIS掃描器的移動部分掃描頭(如圖1)， 掃描頭是一個細長條部件，CIS器件在掃描頭內沿橫向水平排列，橫跨整個掃描幅面寬度，從正上方看，CIS掃描頭僅2.5cm寬，中間有一條細縫，細縫的上表面用玻璃頂蓋罩住，從玻璃頂蓋向下可觀察到LED(發光二極體)頂部的三棱鏡和光電接收管頂部的聚焦透鏡。向上取下外殼和玻璃頂蓋，可看到陶瓷底座，在陶瓷底座上安裝有一橫排掃描光源(LED)、三橫排光電接收器件(光電接收管)和相應的圖像信號放大器(運算放大器)。圖2是CIS掃描頭的斷面圖，掃描光源(LED)頂部的三棱鏡和光電接收器件(光電接收管)頂部的聚焦透鏡卡在外殼上。LED、光電接收管和運算放大器均爲半導體器件，熱穩定性較差，如安裝在常規電路板上，其熱穩定性不太良好。有些CIS掃描器用陶瓷底座代替常規電路板以增加熱穩定性。二、CIS掃描器工作原理CIS掃描器工作時， LED發射出白光，經三棱鏡折射(分色)後，成爲一組按一定光譜分配的光線射向待掃圖形，這些光線經待掃圖形反射後，通過透鏡到達三組光電接收管，由於不同顔色的光經三棱鏡折射後偏移的角度不同，因而這些光線經反射後會進入安裝在不同位置的三組光電接收管(如圖2)。三組光電接收管分別接收紅、綠、藍三組不同強度的光信號，然後再將其轉換爲與紅、綠、藍三組光強度成比例的類比電信號，以後再送往運算放大器放大，經數模轉換器轉換後從介面電路送往電腦。當掃描器的機械傳動機構帶動掃描頭沿縱向掃過圖形(如圖3)以後，在掃描頭中沿橫向排列的感光元件就採集並傳輸了全部圖形資訊。圖4爲CIS掃描頭電路原理圖。早期CIS掃描頭中的LED、光電接收管和運算放大器使用不同電壓等級的電源。較新CIS掃描頭的上述器件使用同一組5V的電源供電。三、三色光源CIS掃描器三色光源CIS掃描器(如圖5)是CIS掃描器的另一種形式。三色光源CIS掃描器的掃描頭與前述單光源CIS掃描器的掃描頭結構略有不同，這種CIS掃描頭上安裝有紅、綠、藍三橫排LED作爲光源，而且僅安裝有一橫排光電接收管。三色光源掃描器工作時，由三組光源依次分別發光，發出的光線先經待掃圖形反射，再由光電接收管依次接收後輸出三基色圖像信號。前述單光源CIS掃描器同時接收三色光信號；而三色光源掃描器需依次接收三色光，這種方式顯然會影響掃描速度。四、CIS掃描器技術特點1.設計方面的特點CCD技術需要一整套光學系統，包括照明冷光源、多個反光鏡和光學鏡頭，通過複雜的光路(如圖6)在CCD感測器件表面成像，因此，它的組成部件較爲複雜、成本相對較高、掃描後獲得的圖像資料的處理也相對複雜一些。景深CCDTT後焦前焦CIS掃描器的掃描光源、感測器、放大器集成爲一體，其結構、原理和光路都極爲簡單。生産過程中的裝配、調整和日後的維修也非常方便。此外，由於CIS掃描器中沒有燈管和光學鏡頭等玻璃器件，因此抗震性能好於CCD掃描器，運輸方便。2.體積和重量方面的特點體積小、重量輕是CIS掃描器最大的優點，由於沒有附加的光學部件，移動部分又輕又小，整個掃描器厚度僅有4.56.5cm左右，重量一般爲CCD掃描器的一半。3.預熱與功耗方面的特點CCD掃描器一般使用冷陰極管做光源，需要預熱1分鐘左右才能穩定發光，掃描器打開後不能立刻使用；而CIS掃描器不需預熱，接通電源即可進行掃描工作。CIS掃描器不工作時，可將掃描頭收回到起始點，同時將光源關閉，以降低整機功耗。下次使用時從省電狀態轉入掃描狀態非常迅速，幾乎沒有明顯的等待時間，而CCD掃描器關閉光源後重新預熱需要較長時間。4.解析度方面的特點專業級CCD掃描器能達到3000 dpi 的解析度，而目前市場上使用CIS感光元件的掃描器最高解析度爲600dpi，較CCD感光元件存在相當大的差距，所以CIS感光元件僅用於低檔平板掃描器中。5.色彩方面的特點從CCD和CIS感光元件的色調統計圖(如圖7)中可以看出，CIS感光元件的色域較CCD窄，也就是說，用CIS感光元件獲得的色彩不如CCD的豐富。6.色偏和像差方面的特點因爲CCD掃描器需要通過一系列透鏡、反射鏡成像，所以會産生色彩偏差和光學像差，一般需要通過掃描軟體進行色彩校正。而CIS掃描器由感測器直接從稿件表面獲取圖像，理論上不會産生色偏和像差，能獲得最接近原稿的圖像效果。7.灰度方面的特點CCD掃描器能反映20等級的對比度，而CIS 掃描器僅能反映40的對比度。也就是說，CCD的層次、陰影細節比CIS的好。8.景深方面的特點傳統的CCD掃描器因爲採用光學鏡頭成像於CCD表面，所以它具有相當長的景深，對隆起的書脊、甚至實物都可以得到清晰的掃描效果。CIS掃描頭利用感測器從掃描物體表面得到圖像，景深較短，掃描的層次有些不足，對掃描擺放不平的文稿和圖片顯得有些力不從心，待掃描物體必須平整地放在掃描器上。CCD的景深(3mm)至少是CIS(0.3mm)的十倍，這意味著CCD掃描器在一定範圍內對3D物體的掃描是清楚而生動的；而CIS掃描器掃描略微凹凸不平的物體時，輸出的圖像常會出現模糊和散焦的情況。9.使用壽命方面的特點高質量的CCD 感光元件能保證在質量不變的情況下使用10000小時。而目前的CIS掃描器的發光元件在使用500小時後，其亮度平均降低30。也就是說CIS掃描器的發光元件壽命較短。雖然CIS發光元件壽命較短，但CIS掃描頭價格便宜，更換很方便。請注意，CCD掃描器的光源(燈管)也是易損部件，同樣需要更換。小結：採用CIS感光元件的掃描器具有體積小、重量輕、器件少、集成度高和抗震性好(相對CCD掃描器而言)等優點。其價格較低，能勝任一般家庭用戶、辦公用戶的要求。CIS技術雖然前景光明，在低價掃描器市場對CCD掃描器有一定的衝擊，但由於其技術上的一些弱點，想在專業應用領域取代CCD技術還需努力。3mm1.3mmSkid padCISGlassFocus pointDepth of focus (DOF) = 景深 = 1.3mm + 3mm = 4.3 mmCIS 可scan最大寬度CIS 1200 dpi effective bit = 10208 bit10208 / 1200 = 8.5 inch = 8.5 x 25.4 = 216 mm傳動系統簡介Dpi 每inch幾走步Pps 每秒走幾步舉例說明2400dpi的scanner preview 要3.5秒 請問motor速度要達多快?A4紙張總長是11.7 inchScan A4 要跑 11.7 x 2400 = 28080 步換算成 PPS = 28080 / 3.5 = 8022所以motor preview的速度(150 dpi ) = 8022 pps300 dpi = 4011 pps600 dpi = 2005 pps1200 dpi = 1003 pps2400 dpi = 502 pps真正的速度還是要取決於每個mode之 exposure timeEx : Exposure time = 2ms for 2400 dpi full stepScan speed for A4 size paper is(1) scan speed for A4 at 2400 dpi 換算成 PPSCIS exposure time = 1200 dpi color , 12 ms x 3 = 600 dpi color , 6 ms x 3 = 300 dpi col