圖像傳感器是利用光電轉(zhuǎn)換原理將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一系列電子信號(hào)的一種裝置。接觸式圖像傳感器(以下簡(jiǎn)稱CIS，Contact Image Sensor的縮寫)是80年代末出現(xiàn)的一種新型的圖像傳感器，起到采集圖像信號(hào)的功能。


CIS的工作原理


CIS的工作原理如圖1所示，傳感器IC排列成與幅面相同線數(shù)組。把LED作為光源，LED發(fā)出的光均勻地照射到原稿表面，載有圖像信息的光信號(hào)再經(jīng)過(guò)透鏡陣列(Rod LeArray)聚焦到傳感器(Sensor)的表面，傳感器IC通過(guò)光電轉(zhuǎn)換作用把原稿信息轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)。對(duì)于A4幅面200DPI的CIS來(lái)說(shuō)，全長(zhǎng)共有1728個(gè)光口(傳感器單元)，光口與光口的間距是0.125mm，每個(gè)讀取周期每個(gè)光口的光照時(shí)間(電荷積蓄時(shí)間SI)是一致的，達(dá)到積蓄時(shí)間后，由移位寄存器控制模擬開(kāi)關(guān)依次打開(kāi)，將光口的電信號(hào)(SIG)以模擬信號(hào)的形式依次輸出。


CIS的信號(hào)處理電路


傳感器IC輸出的信號(hào)是與象素一一對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)，在CLK的作用下，模擬開(kāi)關(guān)依次打開(kāi)，將與象素信息一一對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)依次輸出。該信號(hào)一般比較弱，要對(duì)它進(jìn)行放大處理和零點(diǎn)校正。圖2的信號(hào)處理電路就是用于處理該信號(hào)的暗電平可調(diào)式差動(dòng)放大電路。

信號(hào)處理電路按順序從圖一的信號(hào)輸出端接收傳感器數(shù)組的輸出信號(hào)SIG與VREF，然后通過(guò)放大電路將信號(hào)放大并輸出。RV1調(diào)整CIS的暗輸出值。


直線性分析


眾所周知，集成運(yùn)算放大器是一個(gè)高增益、低漂移的多級(jí)直流放大器，其低頻、小信號(hào)等效電路如圖3所示，集成運(yùn)算放大器理想化的主要條件為：

(1)開(kāi)環(huán)電壓增益Avd→∞；(2)輸入電阻ri→∞,即：輸入電流I+=I-=0；(3)輸出電阻ro=0；(4)-3dB帶寬fo→∞；(5)電路完全對(duì)稱，當(dāng)V+=V-時(shí)，Vo=0；(6) 每個(gè)特性不隨溫度而變化。

從中我們可以得出兩個(gè)重要結(jié)論：
1 ⊿Ii=0；
2 ⊿V+=V-；
利用上述兩個(gè)結(jié)論，我們?cè)俜治鰣D2的信號(hào)處理電路。如果把RV1與R3之間的電壓調(diào)整為V1。則：
V+=V1+(Vsig-V1)R1/(R2+R1)
那么，根據(jù)結(jié)論2就可以得出：
V-= V1+(Vsig-V1)R1/(R2+R1)
同時(shí)：
V-= Vref+(Vout-Vref)R2/(R2+R1)
于是,下面的等式成立：
V1+(Vsig-V1)R1/(R2+R1)= Vref+(Vout-Vref)R2/(R2+R1)
可以得出Vout的值為：
Vout=(Vsig-Vref)*R1/R2+V1
由上式可以看出：
(1)輸出值Vout與輸入值的差(Vsig-Vref)成正比的關(guān)系，比例系數(shù)(同時(shí)也是放大倍數(shù))為R1/R2，也就是說(shuō)，輸入與輸出有良好的線性關(guān)系；
(2)通過(guò)調(diào)整RV1，可以得到期望的V1值。也就是說(shuō)，對(duì)于CIS而言，可以得到期望的暗輸出值。
90年代CIS多用于傳真機(jī)領(lǐng)域，隨著大家對(duì)CIS的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，CIS的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)不局限于傳真機(jī)行業(yè)了，它將廣泛應(yīng)用于所有圖像讀取領(lǐng)域。