线阵CCD应用开发实验仪介绍
光电检测与显示实验五 线阵CCD应用实验
实验5 线阵 C CD 应用实验电荷耦合器件（Charge coupled devices）是70年代初期发现的新型集成光电传感器件。
它有线阵列与面阵列两种基本类型，各有不同的工作原理与特性。
它们的应用为机器视觉领域的改革创新立下了汗马功劳，使机器有了获取70%以上信息的能力，加之它易于与计算机配合，使机器安装“眼睛”与“大脑”成为可能，使机器走向自动化、智能化的趋势进入现实阶段。
线阵CCD的工作原理简单，易于掌握，而它在机器视觉领域的地位举足轻重。
线阵CCD 通常用于工业领域的非接触自动检测设备上，尤其是自动化生产过程或生产线上，用作在线非接触光电检测设备或俗称为“电眼”。
非接触检测物体的尺寸、运动速度、加速度、运动规律、位置、面形、粗糙度、变形量、光学特性变化、条码信息和其他应用。
本实验共有9 项实验容，前2 项实验属于原理性或认识性实验，实验3~9 属于典型应用的实验，学生通过这些代表性的应用实验能够充分认识与理解线阵CCD 在工业领域非接触测量工作中的重要地位。
（一）线阵CCD 原理与驱动特性一、实验目的1、掌握彩色线阵CCD开发应用实验仪的基本操作和功能。
2、掌握用双踪迹示波器观测二相线阵CCD驱动脉冲的频率、幅度、周期和各路驱动脉冲之间的相位关系等测量方法。
3、通过对典型线阵CCD 驱动脉冲的时序和相位关系的观测，掌握二相线阵CCD的基本工作原理，尤其要掌握RS 复位脉冲与CR1、CR2 驱动脉冲间的相位关系，分析它对CCD输出信号的影响。
SH转移脉冲与CR1、CR2驱动脉冲间的相位关系，掌握电荷转移的几个过程。
二、实验仪器1.LCCDAD-Ⅱ-A型线阵CCD应用开发实验仪一台；2.装有VC++软件及相关实验软件的PC计算机一台；3.双踪迹同步示波器（推荐使用数字示波器，带宽应在50MHz以上）一台；三、实验容及步骤1．实验预备（1）首先将示波器的地线与实验仪上的接地线连接好，并确认示波器和实验仪的电源插头均已插入交流220V电源插座上；（2）取出双踪迹同步示波器的测试探头待用；（3）打开示波器的电源开关，选择自动测试方式（按下示波器右上角“自动设置”按钮），旋转“垂直设置”旋钮，调整显示屏上出现的扫描线处于便于观图1-1线阵CCD的参数设置界面察的位置；（4）通过USB总线将实验仪与计算机或GDS-Ⅲ实验平台的USB输入端口相连；（5）将LCCDAD-Ⅱ-A型线阵CCD应用开发实验仪的电源开关打开，红色指示灯亮；（6）启动计算机，打开桌面上的快捷方式“线阵CCD”，点击“1-LV”，弹出如图1-1所示的执行界面，点击需要设置的参数，该参数会以较大数字显示在下方，用鼠标点击“设置”，完成设置工作。
彩色线阵CCD多功能实验
实验注意事项为了确保线阵CCD实验的顺利进行，保障人身安全，避免设备损坏，并且达到实验目的，要求实验人员必须严格遵守下述实验规则及注意事项，在指导教师的指导下有秩序、按步骤的进行。
1.在实验之前，实验人员必须阅读本实验指导书中所要求的实验准备内容，并阅读必要的参考资料。
明确实验目的，了解实验内容的详细步骤，达到要求后方能进行实验；2.实验进行过程中，必须严格按照指导教师制定的步骤进行实验，不得自行随意进行，否则可能会损坏实验仪，造成严重后果；3.要爱护实验仪器和示波器、计算机等实验设备，不允许将其它不相关的仪器在未经许可的情况下与实验仪进行连接；4.所有与本实验仪相关的线缆如电源线、示波器地线、计算机USB数据连接线等必须在断电的情况下正确连接好，严禁带电插拔所有线缆；5.实验时应集中精力，认真实验；遇到问题时，应找指导教师解决；不许自作主张。
6.所有实验设备应当在确定所有地线正确连接后方可开机上电；7.一旦发生意外事故或者实验出现异常现象时，应当立即切断实验设备电源，并如实向指导教师汇报情况。
故障排除之后方可继续实验；8.使用彩色线阵CCD多功能实验仪之前，应仔细阅读产品说明书中“设备初始化”和“软件使用说明”。
仪器面板图图1 面板图图2 被测件与CCD图图3 移动盖子改变光强- II -实验四彩色线阵CCD原理及驱动一、实验目的1. 掌握本实验仪的基本操作和功能；2. 掌握用双踪迹示波器观测二相线阵CCD驱动脉冲的频率、幅度、周期和各路驱动脉冲之间的相位关系等的测量方法；3. 观测线阵CCD驱动脉冲的时序和相位关系，掌握二相线阵CCD的基本工作原理，尤其是复位脉冲在CCD输出电路中的作用；转移脉冲与驱动脉冲间的相位关系，掌握电荷转移的过程。
二、实验前准备内容1. 学习线阵CCD的基本工作原理（参考有关教材），阅读双踪迹示波器的使用说明书；2. 学习TCD2252D线阵CCD基本工作原理（参考附录）；3. 掌握双踪迹示波器的基本操作；4. 根据线阵CCD的基本工作原理，观测转移脉冲SH与Φ1、Φ2的相位关系，理解线阵CCD的并行转移过程。
《光电成像原理与应用》实验指导书(1)要点
光电成像原理与应用实验指导书实验一线阵 CCD原理及驱动实验一、实验目的1、掌握本实验仪的基本操作和功能。
2、掌握用双踪影示波器观察二相线阵CCD 驱动脉冲的频次、幅度、周期和各路驱动脉冲之间的相位关系等的丈量方法。
3、经过对典型线阵CCD 驱动脉冲的时序和相位关系观察，掌握二相线阵CCD 的基本工作原理，特别是复位脉冲CCD 输出电路中的作用；转移脉冲与驱动脉冲间的相位关系，掌握电荷转移的过程。
二、实验前准备内容1、学习线阵CCD的基本工作原理（参照《图像传感器应用技术》教材），阅读双踪迹示波器的使用说明书。
2、学习TCD2252D线阵CCD基本工作原理与驱动波形图（参照附录）。
3、掌握双踪影示波器的基本操作方法，特别是它的同步、幅度、频次、时间与相位的丈量方法。
4、依据线阵相位关系，理解线阵CCD 的基本工作原理，观察转移脉冲CCD 的并行转移过程。
观察F1与SH 与 F1（ CR1）、 F2（ CR2 ）的F2 及 F1 与 CP、 SP、RS 间的相位关系，理解线阵CCD的串行传输过程和复位脉冲RS 的作用。
5、丈量CCD在不一样驱动频次的状况下的F1与F2、 F1、 RS 的周期与频次值，以及它的行周期（FC ）值。
三、实验所需仪器设施1、双踪影同步示波器（带宽50MHz 以上）一台。
2、彩色线阵CCD多功能实验仪YHLCCD －IV 一台。
四、实验内容及步骤1．实验预备（1）第一将示波器地线与实验仪上的地线连结优秀，并确认示波器和实验仪的电源插头均已插入沟通 220V 的电源插座上；（2）拿出双踪影同步示波器，将电源线插入沟通 220V 的电源插座上，测试笔（或称探头）分别接入测试输入端口；翻开示波器的电源开关，选择自动测试方式，调整显示屏上出现的扫描线处于便于察看的地点；（3）将示波器的两个测试笔分别接到示波器的标准输出信号输入端子长进行校准；（4）翻开YHLCCD－IV的电源开关，察看仪器面板显示窗口，数字闪耀表示仪器初始化，闪耀结束后显示为“000”字样，前两位数表示积分时间品位值，末位数表示 CCD 的驱动频次档位值。
光电技术实验-线阵CCD原理及应用实验指导书
SH 脉冲周期，0 对应最小周期，5 对应最大周期。 2）调整时钟脉冲频率和复位脉冲频率，按“驱动频率”，DS2 轮番显示 0、1、2、3，对应
不同的时钟频率，0 对应最大频率，3 对应最小频率。 为保证 SH 脉冲的周期等于或稍大于 2160/2 个φ1、φ2 脉冲周期，调整时钟脉冲频率时，
RS 脉冲为复位脉冲，其频率为φ1、φ2 脉冲频率的两倍。 以上四个脉冲除频率要满足以上要求外，脉冲波形也有一定要求，尤其是 SH、φ1、φ2 脉冲之间的关系，当 SH 为高电平时，φ1 必须同时为高电平，且φ1 必须比 SH 提前上升，当 SH 为低电平时，φ1 必须同时为低电平，且φ1 必须比 SH 迟后下降。如图 1-3 所示：
2、驱动时序和相位的测量
（1） 用 CH1 探头测试转移脉冲 SH，用 CH1 做触发信号，调节扫描速度和同步使之同步， 使 SH 脉冲至少出现一个周期。 （2） 用 CH2 探头测试Φ1，调节示波器扫描速度展开 SH，观察Φ1 和 SH 的时序和相位是否符 合要求。 （3） 用 CH1 探头测试Φ1，用 CH2 分别测试Φ2、RS，，观察时序和相位是否符合要求。
SH 脉冲的周期随之变化，而调整 SH 脉冲的周期时，时钟脉冲周期不变。 信号处理电路：提供对 CCD 输出信号进行二值化处理的硬件电路，W1 电位器可调整阈值
电平。 LED 恒流驱动电路：提供对 LED 面光源的恒流驱动。 测试区：为转移脉冲 SH、时钟脉冲φ1、φ2、复位脉冲 RS、CCD 输出 U0、二值化处理后信
-2-
线阵 CCD 原理及应用实验指导书
实验（一） CCD 驱动测试实验
YHLCCDA-Ⅱ线阵CCD原理与应用实验仪
YHLCCDA-Ⅱ线阵CCD原理与应用实验仪YHLCCDA-Ⅱ型线阵CCD原理与应用实验仪是在LCCDAD-Ⅱ-A型线阵CCD应用开发实验仪基础上研制的低成本的教学实验仪器。
它采用单色2700像元的线阵CCD为典型器件，充分发挥它的像元数多像敏单元小（11μm）尺寸测量精度高的特点。
它不但能够进行线阵CCD的原理与应用实验而且能够进行高精度物体尺寸测量、物体倾斜角度测量、物体振动频率、周期与振幅等参数测量实验还能进行图像扫描、条码扫描与条码识别等内容的实验。
经过适当的改装还可以进行课程设计与毕业设计内容的课题样机研究。
一、特点1、采用高精度线阵CCD为实验器件采用TCD1251D为光电传感器器件，其有效像元数为2700，像敏单元尺寸为11×11μm，能够实现对实际物体的高精确尺寸与角度的测量实验。
2、远心照明光源仪器采用正确的稳压稳流供电方式的远心照明光源，能够对实际物体的尺寸进行在线测量，测量的范围大，精度高。
远心照明光源与物方远心成像系统配合是高精度非接触测量物体外形尺寸的最好方式，它的理论是基于主光线在被测物体由于振动与其他原因产生在位置变化时主光线所成图像依然保持原状。
实践证明只有远心照明（或柯拉照明）光源才能使线阵CCD在非接触尺寸测量系统中获得更大的测量范围与更高的精度。
3、具有二次开发功能提供DEMO演示软件与SDK开发软件包（或动态链接库函数），实验者完全可以根据实验指导书附录提供的内容进行二次开发工作。
由于有了二次开发之功能，学生可以将实验仪中的某些部件拆下，配上“课程设计”或“毕业设计”内容要求的自行设计部件，用仪器提供的线阵CCD器件、光学成像系统、数据采集系统、软件开发包和自行开发的软件进行丰富多彩的设计与开发工作。
使实验指导书、实验仪器真正起到抛砖引玉的作用，成为设计开发之工具。
二、功能在一台仪器上可以完成多种线阵CCD的实验：1、线阵CCD传感器工作原理实验仪器面板上安装了线阵CCD工作所需要的脉冲（驱动脉冲）测试端，通过用示波器观测驱动脉冲波形的相位关系可以熟悉与掌握线阵CCD中信号电荷的传输过程，掌握各路驱动脉冲的作用；积分时间与驱动频率的设置和显示均采用计算机软件界面的方式进行，具有创新性、新颖性与可靠性。
彩色线阵CCD实验指导手册 精品推荐
彩色线阵CCD多功能实验仪YHLCCD－IV实验指导手册天津市耀辉光电技术有限公司目录产品说明书 (2)设备初始化 (6)软件使用说明 (8)实验规则及注意事项 (11)实验一线阵CCD原理及驱动 (12)实验二线阵CCD特性测量实验 (15)实验三线阵CCD输出信号的二值化 (17)实验四线阵CCD的A/D数据采集 (21)实验五软件提取边缘信号的二值化处理 (24)实验六利用线阵CCD进行物体角度的测量 (27)实验七用线阵CCD测量物体尺寸 (29)实验八利用彩色线阵CCD进行振动测量 (31)实验九利用彩色线阵CCD进行颜色识别 (33)实验十利用彩色线阵CCD进行图像扫描实验 (34)附录 TCD2252D手册 (35)产品说明书首先感谢您选用本公司的彩色线阵CCD 多功能实验仪。
本公司的实验仪产品是根据多年从事CCD 技术应用经验的基础之上独立研制开发的教学实验仪器。
YHLCCD －IV 型是在原有III 型基础之上，根据广大用户使用意见反馈、进一步改善功能、添加最新实验内容研制而成的。
本实验仪可满足高校物理专业、光电专业的“CCD 应用技术”、“图像传感器应用技术”课程的全套线阵CCD 应用实验教学工作。
一、 仪器各部件介绍1、 电源开关：确认将电源连线（插口位于仪器后面）连接至交流220V 电源后，拨动此开关，本开关电源指示灯应点亮。
说明电源已经接通，实验仪可以开始工作了。
2、 驱动频率设置按钮：调节驱动频率，显示数字为“0”——“3”循环，“0”表示1MHz 驱动频率，“1”表示500KHz ，“2”表示250KHz ，“3”表示125KHz 驱动频率。
12 14 310 45678 91112 133、 积分时间设置按钮（共4个）：用于控制本实验仪积分时间，显示“00”——“31”共32档积分时间，通过改变驱动频率，可以扩展积分时间设定范围。
设定的积分时间与当前的驱动频率有关，例如，在“0”档驱动频率下每改变一档积分时间，其积分时间仅改变0.256ms ，而在“1”档驱动频率下每改变一档积分时间，其积分时间将改变0.512ms 。
ccd实验报告
《光电系统课程设计》实验报告班级：学号：姓名：2010年 12 月实验一线阵CCD原理及驱动一、实验目的1.掌握本实验仪的基本操作和功能。
2.掌握用双踪迹示波器观测二相线阵CCD驱动脉冲的频率、幅度、周期和各路驱动脉冲之间的相位关系等的测量方法。
3.线阵CCD驱动脉冲的时序和相位关系观测，掌握二相线阵CCD的基本工作原理，尤其是复位脉冲在CCD输出电路中的作用；转移脉冲与驱动脉冲间的相位关系，掌握电荷转移的过程。
二、实验所需仪器设备1.双踪迹同步示波器（带宽50MHz以上）一台。
2.彩色线阵CCD多功能实验仪YHCCD－IV一台。
三、实验内容及步骤1.实验预备1）首先将示波器地线与实验仪上的地线连接良好，并确认示波器和实验仪的电源插头均插入交流220V插座上。
2）打开示波器电源。
3）打开YHCCD－IV的电源开关，观察仪器面板显示窗口，数字闪烁表示仪器初始化，闪烁结束后显示为“00 0”字样，前两位表示积分时间档次值，共分为32档，显示数值范围由“00”~“31”，数值越大表示积分时间越长。
末位表示CCD的驱动频率，分4档，显示数值范围“0”~“3”，数值越大表示驱动频率越低。
2.驱动脉冲相位的测量1）将示波器CH1和CH2扫描线调整至适当位置，同步设置为CH1。
对照“附录”中TCD2252D的驱动波形进行下面的实验。
2）用CH1探头测量转移脉冲SH，仔细调节使之稳定（同步），使SH脉冲宽度适当以便于观察。
（将示波器的扫描频率调至2μs档左右，便于观察对照）用CH2探头分别观测驱动脉冲F1与F2，这就是SH与F1、F2的相位关系。
3）用CH1探头测量F1信号，CH2探头分别测量F2、RS、CP、SP信号，这就是F1与F2、RS、CP、SP 信号之间的相位关系。
4）用CH1探头测量CP信号，CH2探头分别测量RS、SP，这就是CP与RS、SP信号之间的相位关系。
5）将以上所测的相位关系与TCD2252D的驱动波形相对照。
线阵CCD原理及应用报告
线阵CCD一、概述电荷耦合器件(CCD, Charge Coupled Device)是一种以电荷包的形式存储和传递信息的半导体器件，它是由美国贝尔实验室的W. S. Boyle和G.E. Smith在1970年前后发明的。
它经历了以研究为主的发展阶段，在五年左右的时间内，建立了以一维空阱模型为基础的CCD基本理论，这个理论与实验结果大致相符，并满足了指导器件进一步发展的需要。
与此同时，依靠成熟的MOS集成电路工艺，CCD迅速从实验室走向了市场。
CCD在影像传感、信号处理和数字存储等三大领域中的广泛应用，充分显示出它的巨大潜力，在微电子学技术中独树一帜。
CCD已被普遍认为是七十年代以来出现的最重要的半导体器件之一。
和同样功能的电真空器件相比，CCD作为一种自扫描式光电接收器件，它有体积小、重量轻、分辨率高、灵敏度高、动态范围宽、工作电压低、功耗小、寿命长、抗震性和抗冲击性好、不受电磁场干扰和可靠性高等一系列优点。
因此它在科研、教育、医学、商业、工业、军事及消费等诸多领域都得到了广泛应用，已经成为图像采集及数字化处理必不可少的器件。
信息时代离不开语言、文字、图像的实时获取与交流。
如果把多媒体、各种网络和信息高速公路作为一个整体，那么CCD是它们的眼睛，是全球实时信息技术的关键器件。
当前我们的CCD生产技术相对较弱，也缺乏一种完善的测试、评价CCD性能的系统。
而CCD的种类越来越多，应用越来越广，如何正确地选择和使用CCD 是我们所要面对的问题。
根据我们的调查，还没有发现国内关于如何测试和评价CCD性能方面的研究结果。
二、发展状况CCD图像传感器经过30多年的发展目前己经成熟。
从最初简单的8像元移位寄存器发展至今，己经具有数百万甚至数千万像元。
CCD技术及相关的测试技术也有了巨大的改进。
最早出现的CCD为表面沟道型。
该表面构造可在Si-SiO2界面附近产生阻碍电荷运输的“陷阱”，从而降低了电荷传输效率。
CCD技术及应用实验利用线阵CCD进行物体尺寸测量(精)
CCD技术及应用实验：利用线阵CCD进行物体尺寸测量一、实验目的通过本实验掌握利用线阵CCD进行非接触测量物体尺寸的基本原理和方法，用实例探讨影响测量范围、测量精度的主要因素，为今后设计提供重要依据。
二、实验准备内容1.利用线阵CCD进行非接触测量物体尺寸的基本原理线阵CCD的输出信号包含了CCD各个像元所接收光强度的分布和像元位置的信息，使它在物体尺寸和位置检测中显示出十分重要的应用价值。
CCD输出信号的二值化处理常用于物体外形尺寸、物体位置、物体震动（振动）等的测量。
如图3-1所示为测量物体外形尺寸（例如棒材的直径D）的原理图。
将被测物体A置于成像物镜的物方视场中，将线阵CCD像敏面恰好安装在成像物镜的最佳像面位置上。
当被均匀照明的被测物体A通过成像物镜成像到CCD的像敏面上时，被测物体像黑白分明的光强分布使得相应像敏单元上存储载荷了被测物尺寸信息的电荷包，通过CCD及其驱动器将载有尺寸信息的电荷包转换为如图3-1右侧所示的时序电压信号（输出波形）。
根据输出波形，可以测得物体A 在像方的尺寸D'，再根据成像物镜的物像关系，找出光学成像系统的放大倍率β，便可以用下面公式计算出物体A的实际尺寸Dβ/=（3-1）D'D显然，只要求出D'，就不难测出物体A的实际尺寸D。
线阵CCD的输出信号U O随光强的变化关系为线形的，因此，可用U O模拟光强分布。
采用二值化处理方法将物体边界信息（图3-1中的N1与N2）检测出来是简单快捷的方法。
有了物体边界信息便可以进行上述测量工作。
2.二值化处理方法图3-2所示为典型CCD输出信号与二值化处理的时序图。
图中FC信号为行同步脉冲，FC的上升沿对应于CCD的第一个有效像元输出信号，其下降沿为整个输出周期的结束。
U G为绿色组分光的输出信号，它为经过反相放大后的输出电压信号。
为了提取图3-2所示U G的信号所表征的边缘信息，采用如图3-3所示的固定阈值二值化处理电路。
线阵CCD原理及应用报告
线阵CCD原理及应⽤报告线阵CCD⼀、概述电荷耦合器件(CCD, Charge Coupled Device)是⼀种以电荷包的形式存储和传递信息的半导体器件，它是由美国贝尔实验室的W. S. Boyle和G.E. Smith 在1970年前后发明的。
它经历了以研究为主的发展阶段，在五年左右的时间内，建⽴了以⼀维空阱模型为基础的CCD基本理论，这个理论与实验结果⼤致相符，并满⾜了指导器件进⼀步发展的需要。
与此同时，依靠成熟的MOS集成电路⼯艺，CCD迅速从实验室⾛向了市场。
CCD在影像传感、信号处理和数字存储等三⼤领域中的⼴泛应⽤，充分显⽰出它的巨⼤潜⼒，在微电⼦学技术中独树⼀帜。
CCD已被普遍认为是七⼗年代以来出现的最重要的半导体器件之⼀。
和同样功能的电真空器件相⽐，CCD作为⼀种⾃扫描式光电接收器件，它有体积⼩、重量轻、分辨率⾼、灵敏度⾼、动态范围宽、⼯作电压低、功耗⼩、寿命长、抗震性和抗冲击性好、不受电磁场⼲扰和可靠性⾼等⼀系列优点。
因此它在科研、教育、医学、商业、⼯业、军事及消费等诸多领域都得到了⼴泛应⽤，已经成为图像采集及数字化处理必不可少的器件。
信息时代离不开语⾔、⽂字、图像的实时获取与交流。
如果把多媒体、各种⽹络和信息⾼速公路作为⼀个整体，那么CCD是它们的眼睛，是全球实时信息技术的关键器件。
当前我们的CCD⽣产技术相对较弱，也缺乏⼀种完善的测试、评价CCD性能的系统。
⽽CCD的种类越来越多，应⽤越来越⼴，如何正确地选择和使⽤CCD 是我们所要⾯对的问题。
根据我们的调查，还没有发现国内关于如何测试和评价CCD性能⽅⾯的研究结果。
⼆、发展状况CCD图像传感器经过30多年的发展⽬前⼰经成熟。
从最初简单的8像元移位寄存器发展⾄今，⼰经具有数百万甚⾄数千万像元。
CCD技术及相关的测试技术也有了巨⼤的改进。
最早出现的CCD为表⾯沟道型。
该表⾯构造可在Si-SiO2界⾯附近产⽣阻碍电荷运输的“陷阱”，从⽽降低了电荷传输效率。
线阵CCD实验指导书
1目 录第一章 线阵CCD 原理及应用实验仪说明 (3)产品介绍： (3)相关参数： (3)第二章 实验指南 (5)实验规则及注意事项 ............................................................................................................5 实验（一） CCD 驱动实验 ..................................................................................................6 实验（二） CCD 特性测试实验........................................................................................13 实验（三） CCD 输出信号的二值化处理实验 .............................................................15 实验（四） 线阵CCD 输出信号数据采集 (17)23第一章 线阵CCD 原理及应用实验仪说明产品介绍：线阵CCD 图像传感器主要用于各种精密尺寸的测量、非接触无损检测、文件扫描传真、条码识别、光谱检测与航空遥感领域。
为了配合高校物理、测控、光电信息类等专业的“CCD 应用技术”、“图像传感器应用技术”、“光电技术实验”等实验课程，我们选择了一款在实际工程上应用相对普遍的CCD 传感器件TCD1200D 作为学生实验研究的主要组成部分，自主开发出该系统，着重介绍线阵CCD 的驱动原理及其应用方法，对提高学生对CCD 工作原理及其在实际应用上的认识和提高教师的教学质量都有积极的作用。
GCXZCCD-B 型线阵CCD 原理及应用实验仪与《图像传感器应用技术》一书及课件配合使用可成为高校线阵CCD 教学的全套解决方案。
北京理工大学珠海学院《光电实验指导书》
图 1-1 线阵 CCD 的参数设置界面 2. 驱动脉冲相位的测量 1）开机后，先按图 1-1 的界面设置好线阵 CCD 的积分时间和驱动频率等参 数，将其全部设置为“0”档； 2） 将示波器测试笔 CH1 和 CH2 分别接到实验仪面板上标注的各个脉冲 （例 如 CH1 扫描线在上，CH2 在下） ，然后用 CH1 为同步输入，对照“附录一”所给 出的 TCD2252D 的驱动波形进行下面的测试实验。 3）将测试笔 CH1 接到仪器面板上的转移脉冲 SH 输出端上，先仔细调节示 波器的触发脉冲电平旋钮使示波器显示波形稳定，既表示示波器以被 SH 同步， 再调节示波器的扫描频率“旋钮”或“按键”，使 SH 脉冲的宽度适合观测，以能够 观察到一个或二个周期为最佳。 然后，用测试笔 CH2 分别接到仪器表面板上标有“CR1”与“CR2”字样的测试 端口，观测 SH 与 CR1、CR2 的相位关系，为更清楚地观测，可以将示波器的扫 描频率加快，使 SH 的正脉冲展宽，能清楚地观测到 SH 与 CR1、CR2 的相位关 系，注意观测 SH 脉冲的下降沿发生在 CR1 脉冲的“高”还是“低”电平的位置上； 4） 将测试笔 CH1 移至 CR1 信号输出端， 用示波器探头 CH2 分别测量 CR2、 RS、CP、SP 信号，观测 CR1 与 CR2、RS、CP、SP 信号之间的相位关系，注意 RS 脉冲与 CR1、CR2 的边沿位置关系。 5）用测试笔 CH1 探头接 CP 信号输出端，用 CH2 探头分别测量 RS、SP， 观测 CP 与 RS、SP 信号之间的相位关系。 6）将以上测得的波形与相位关系与“附录一”所示 TCD2252D 的驱动波形对 照，分析实验仪的真正驱动脉冲与手册上所给脉冲之差异。 3. 驱动频率和积分时间测量 1）用示波器分别测量线阵 CCD 驱动器的 4 个档位驱动脉冲 CR1、CR2 和复 位脉冲 RS 的周期、频率与幅度等参数，并分别填入表 1-1； 2）观察它们之间的相位关系，尤其注意复位脉冲 RS 与 CR1 之间的相位关 系，分析为什么复位脉冲 RS 产生于 CR1 由高变低之后的一段时间（结合“图像
光电检测实验报告(6)线阵CCD
光电检测实验报告实验名称：线阵CCD原理及应用实验实验者：实验班级：实验时间：指导老师：一、实验目的①、掌握用双踪迹示波器观测二相线阵CCD驱动器各路脉冲的频率、幅度、周期和相位关系的测量方法。
②、通过测量CCD驱动脉冲之间的相位关系，掌握二相线阵CCD的基本工作原理。
③、通过测量典型线阵CCD的输出脉冲信号与驱动脉冲的相位关系，掌握CCD的基本特征。
二、实验内容1、CCD驱动频率观测；2、积分时间测量。
三、实验仪器1、双踪同步示波器（20MHz以上） 1台2、CCD原理应用实验箱 1台五、实验步骤打开CCD原理与应用实验箱的电源开关，观察积分时间显示窗口和驱动频率显示窗口的显示数据，并用积分时间设置按钮调整积分时间档为0档（按钮依次由0→1→2→3→0），用频率设置按钮调整频率为0档（按钮依次由0→1→2→3→0）。
然后打开示波器的电源开关，用双踪示波器检查CCD驱动器的各路脉冲波形是否正确（参考实验箱面板上时序图）。
如符合，则继续进行以下实验；否则，应请指导教师进行检查。
实验1.1 驱动频率观测打开示波器的电源开关，将CH1和CH2的扫描线调至适当位置，将示波器同步选择器开关调至CH1位置（用CH1做同步信号）。
打开CCD原理与应用实验箱的电源开关。
用CH1探头测试转移脉冲ΦSH，并调节使之同步，使ΦSH脉宽适当以便于观测。
用探头CH2分别测试Φ1、Φ2等信号。
观察各信号的相位是否符合图1-4所示的波形（特别要注意各信号之间的相位关系）。
用探头CH1测试Φ1并使之同步。
用CH2分别测试Φ2、ΦR等信号。
看其是否符合图1-4所示的波形。
驱动频率的测量：分别测出Φ1、Φ2、ΦR的周期、频率、幅度，填入表1-2中。
改变频率选择开关，再测出Φ1、Φ2、ΦR周期、频率、幅度，也填入表1-2。
关机结束。
关闭CCD原理应用实验箱电源，关闭示波器电源。
实验1.2 积分时间的测量将频率设为0（档），积分时间设为0（档），用CH1观测SH脉冲周期，并将ΦSH的周期（即积分时间），填入表1-3中。
实验四 线阵CCD特性测试实验
光电成像器件实验报告实验题目实验二线阵CCD特性测试实验日期2016.6.1 姓名杨智超组别双2 班级13光电子班学号134090340 【实验目的】通过对典型线阵CCD在不同驱动频率和不同积分情况下输出信号的测量，进一步掌握CCD的有关特性，掌握积分时间的意义，以及驱动频率与积分时间对CCD输出信号的影响。
【实验器材】光电技术创新综合实验平台 1台双踪同步示波器（20MHz以上） 1台线阵CCD模块 1块连接导线若干光源特性测量模块 1块 CCD光路组件 1套航空插座连接线 1根【实验原理】两相线阵CCD电荷传输原理示意图如图1所示：图1 两相线阵CCD电荷传输原理示意图每一相有两个电极（即原理中的一个CCD转移寄存器的MOS电容实际中用两个），这两个电极与半导体衬底间的绝缘体厚度不同，在同一外加电压下产生两个不同深度的势井，绝缘体薄的那个MOS电容比绝缘体厚的那个MOS电容势井深，只要不是过多的电荷引入，电荷总是存于右边那个势井。
图b显示了相位相差180O的驱动脉冲Φ1为高电位，Φ2为低电位时MOS电容的势井深度及电荷存储情况。
图c表示Φ1和Φ2电位相等时的情况，这时电荷还不能移动；图d显示了Φ1为低电位，Φ2为高电位时的情况，这时电荷流入Φ2相的势井。
当Φ1和Φ2电位再相等时停止流动。
电荷传输机理证明，电荷从一个势井传输到下一个势井需要一定的时间，且电荷传输随时间的变化遵循指数衰减规律，只有由Φ1和Φ2的频率所确定的电荷传输时间大于或等于电荷传输所需要的时间，电荷才能全部传输。
但在实际应用中，从工作速率考虑，由频率所确定的电荷传输时间往往小于电荷本身传输所需要的时间。
这就是说，电荷的转移效率与驱动频率有关。
驱动频率越低，输出信号越强。
积分时间为光电转换的时间，显然，积分时间越长，光敏区的MOS电容存储的电荷越多，相应输出信号越强。
【实验步骤及注意事项】【实验结果与数据处理】。
实验七 线阵CCD驱动及测径实验
图3
图4
图5
图6
图7
`图1
电荷存储：当金属电极上加正电压时，由于电场作用，电极下P型硅区里空穴被排斥入地成耗尽区。对电子而言，是一势能很低的区域，称“势阱”。有光线入射到硅片上时，光子作用下产生电子—空穴对，空穴被电场作用排斥出耗尽区，而电子被附近势阱（俘获），此时势阱内吸的光子数与光强度成正比。
电荷转移：以三相CCD为例。图2中CCD的四个电极彼此靠的很近。假定一开始在偏压为10V的Φ1电极下面的深势阱中，其它电极加大于阈值的较低的电压(例如2V)，如图13-2(a)所示。一定时刻后，Φ2电极由2V变为10V，其余电极保持不变，如图13-2(b)。因为Φ1和Φ2电极靠得很近(间隙只有几微米)，它们各自的对应势阱将合并在一起，原来在(1)下的电荷变为(1)和(2)两个电极共有，图13-2(c)示。此后，改变Φ1电极上10V电压为2V，Φ2电极上10V不变，如图(d)示，电荷将转移到Φ2电极下的势阱中。由此实现了深势阱及电荷包向右转移了一个位置。图13-2所示的结构需要三相CCD时钟脉冲，其驱动脉冲的波形如图13-2（f）所示。
CCD输出信号的特点:信号电压是在浮置电平基础上的负电压;每个电荷包的输出占有一定的时间长度T.;在输出信号中叠加有复位期间的高电平脉冲.据此特点,对CCD的输出信号进行处理时,较多地采用了取样技术,以去除浮置电平,复位高脉冲及抑制噪声。
五、实验现象及感悟
观察各信号的相位是否符合图1所示的波形（特别要注意各信号之间的相位关系，先由示波器的Yl、Y2观察Φ1和2,注意其位相关系，记录Φ1及在2波形，测量其频率，周期、幅度。
CCD特性综合实验仪2009精
CCD特性实验CCD （Charge Coupled Device全称为电荷耦合器件，是70年代发展起来的新型半导体器件。
它是在MOS集成电路技术基础上发展起来的，为半导体技术应用开拓了新的领域。
CCD具有光电转换、信息存贮和传输等功能,CCD图像传感器能实现图像信息的获取，转换和视觉功能的扩展，能给出直观、真实、多层次的内容丰富的可视图像信息。
实验目的1.学习掌握CCD的基本工作原理,CCD正常工作所需的外部条件及这些条件的改变对CCD输出的影响。
2.测量曝光时间，驱动周期，照明情况对输出的影响，并根据实验原理对输出进行说明。
实验原理一个完整的CCD器件由光敏单元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。
图1为某型号CCD的结构示意图。
CCD工作时，在设定的积分时间内由光敏单元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏单元的电荷多少。
取样结束后各光敏元电荷由转移栅转移到移位寄存器的相应单元中。
移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。
将输出信号接到计算机，示波器,图象显示器或其它信号存储、处理设备中，就可对信号再现或进行存储处理。
由于CCD光敏元可做得很小（约10um所以它的图象分辨率很高。
电源光敏单元（补偿输出图1 CCD结构示意图.CCD的MOS结构及存贮电荷原理CCD 的基本单元是MOS 电容器,这种电容器能存贮电荷，以P 型硅为例，其结构如图2所示。
在P 型硅衬底上通过氧化在表面形成 SiO 2层,然后在SiO 2上淀积 一层金属为栅极，P 型硅里的多 数载流子是带正电荷的空穴，少数载流子是带负电荷 的电子，当金属电极上施加正电压时，其电场能够透过SiO 2绝缘层对这些载流子进 行排斥或吸引。
于是带正电的空穴被排斥到远离电极处 ，形成耗尽区，带负电的少数 载流子在紧靠SiO 2层形成负电荷层（电荷包，这种现象便形成对电 子而言的陷阱， 电子一旦进入就不能复出，故又称为电子势阱，势阱深度与电压成正比，如图3所示。
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LCCDAD-Ⅱ-B型线阵CCD应用开发实验仪”是在LCCDAD-Ⅱ-A型实验仪基础上的升级产品。
实验内容
线阵CCD原理及驱动
线阵CCD 基本特性测量实验
利用线阵CCD测量物体尺寸
线阵CCD的A/D数据采集
用软件提取边缘信号的二值化实验
利用线阵CCD测量物体的倾斜角度
条形码扫描与识别实验
利用线阵CCD物体振动参数的测量
利用线阵CCD扫描彩色图像实验
开发性实验部分
线阵CCD输出信号采集系统设计
利用外置相机进行实物外形尺寸的非接触测量
指导教师或实验者精心设计的其他实验
产品规格
内置传感器：TCD2252D 三线彩色线阵CCD，2700×3像元，单像元尺寸8μm×8μm，相邻像元中心8μm
外接相机：TCD1251D线阵CCD，2700像元，像元尺寸11μm×11μm，相邻像元中心距11μm 光源：远心照明光源；
成像镜头：50mm/f2多层镀膜成像镜头，5片4组结构，光圈f2 - f16手动调整
数据采集：8 Bit高速、高精度A/D转换
数字信号输出：TTL兼容输出
模拟信号输出：0 - 5V电压输出
接口类型：USB2.0总线接口
操作软件：兼容Microsoft Windows98、Windows2000、WindowsXP
输入电压：交流220V，50Hz输入
典型功耗：20W
外形尺寸：470mm(长)×280mm(宽)×190mm(高)
包装重量：7Kg
包装内容：LCCDAD-Ⅱ-B型实验仪主机1台、外接线阵CCD相机1台、电源线1根，USB接口数据线1根，CD1-9P连接线1根，测量端子插柱一套（4根），图像扫描与条码识别实验装置1件，振动测量试杆1只，尺寸测量实验装置1件，实验杆3只，物体倾角测量实验装置1件，光电技术综合实验指导书一份，实验光盘一张
主要技术指标
动态范围：≤3000
成像范围：≤58mm
物镜分辨率：≤80pl
二值化测量精度(像方) ：±0.02mm
A/D采样速率：≤2MHz
尺寸测量精度：±0.005mm偏差
振动测量精度：振幅±0.005mm，频率±0.1Hz
角度测量精度：±0.2度。