CCD结构

CCD扫描器 是利用光电藕合(CCD)原理，对条形码印刷图案进行成像，然后再译码。采用发光二极体的泛光源照明整个条码，再透过平面镜与光栅将条码符号映射到由光电二极体组成的探测器阵列上，经探测器完成光电转换，再由电路系统对探测器阵列中的每一光电二极体依次采集信号，辨识出条码符号，完成扫描。

CCD是由许多个光敏像元按一定规律排列组成的。每个像元就是一个MOS电容器(大多为光敏二极管)，它是在P 型Si衬底表面上用氧化的办法生成1层厚度约为1000A~15 00A的SiO2,再在SiO2表面蒸镀一金属层(多晶硅)，在衬底和金属电极间加上1个偏置电压，就构成1个MOS电容器。当有1束光线投射到MOS电容器上时，光子穿过透明电极及氧化层，进入P型Si衬底，衬底中处于价带的电子将吸收光子的能量而跃入导带。光子进入衬底时产生的电子跃迁形成电子-空穴对，电子-空穴对在外加电场的作用下，分别向电极的两端移动，这就是信号电荷。这些信号电荷储存在由电极形成的"势阱"中。

MOS电容器的电荷储存容量可由下式求得:

QS=Ci×VG×A

式中: QS是电荷储存量;

Ci是单位面积氧化层的电容; VG是外加偏置电压;

A是MOS电容栅的面积。

由此可见，光敏元面积越大，其光电灵敏度越高。1个3相驱动工作的CCD中电荷转移的过程。

(a)初始状态;(b)电荷由①电极向②电极转移;(c)电荷在①、②电极下均匀分布;

(d)电荷继续由①电极向②电极转移;(e)电荷完全转移到②电极;(f)3相交叠脉冲。

假设电荷最初存储在电极①(加有10V电压)下面的势阱中，如图2(a)所示，加在CCD所有电极上的电压，通常都要保持在高于某一临界值电压Vth，Vth称为CCD阈值电压，设Vth=2V。所以每个电极下面都有一定深度的势阱。显然，电极①下面的势阱最深，如果逐渐将电极②的电压由2V增加到10V，这时，①、②两个电极下面的势阱具有同样的深度，并合并在一起，原先存储在电极①下面的电荷就要在两个电极下面均匀分布，(b)和(c)所示，然后再逐渐将电极下面的电压降到2V，使其势阱深度降低，(d)和(e)所示，这时电荷全部转移到电极②下面的势阱中，此过程就是电荷从电极①到电极②的转移过程。如果电极有许多个，可将其电极按照1、4、7…，2、5、8…和3、6、9…的顺序分别连在一起，加上一定时序的驱动脉冲，即可完成电荷从左向右转移的过程。用3相时钟驱动的CCD称为3相CCD。