北航_仪器光电综合实验报告_彩色线阵CCD传感器系列实验

2012/4/29

彩色线阵ccD专感器系列实验

实验时间：2012年4月27日星期五

（一）实验目的：

1.了解并学习CCD勺使用、驱动原理和功能特性等。

（二）实验内容：

1. 本实验共分为以下四个实验部分，主要内容为：

1）线阵原理及驱动

2）特性测量实验

3）输出信号二值化

4）线阵CCD勺AD数据采集

（三）实验仪器：

1.双踪迹同步示波器（带宽50MH以上）一台，

2.彩色线阵CC多功能实验仪YHCC B IV—台

3.实验用PC十算机及A/D数据采集基本软件

（四）实验结果及数据分析：一、线阵原理及驱动

1）驱动频率与周期

由于对不同驱动频率示值，对应不同驱动频率，当显示数值为0时，f=1Mhz ;为1时, f=500Khz ;为2时，f=250Khz ;为3时，f=125Khz ；

对应F1, F2频率始终是驱动信号的8分之一，而RS则为F1, F2频率的2倍；

现象及数据分析：由上图可知，在同一频率档位上，随着积分时间档位的增长，FC周期逐渐增加；对于同一积分档位，考虑到驱动频率间的关系，FC周期恰好成倍数关系；

2）积分时间测量

现象及数据分析：由上图可知，在同一频率档位上，随着积分时间档位的增长，FC周期逐渐增加；对于同一积分档位，考虑到驱动频率间的关系，FC周期恰好成倍数关系；

二、特性测量实验

积分时间（档）FC时间

ms

幅度（H）幅度（L）Vh-VI

0 11.78 7.2 -1.2 8.4

2 13.82 10.8 -0.8 11.6

4 15.88 17.2 -0.8 18

6 17.92 21.2 -0.8 22

8 19.98 25.6 -0.8 26.4

10 22.02 30.8 -1.6 32.4

对应曲线：

表格

驱动频率1档输出信号U 幅度积分时间（档）FC时间

ms

幅度（H）幅度（L）Vh-VI

0 23.56 36.4 -2 38.4

2 27.64 44.8 -0.8 45.6

4 31.76 48.8 -0.8 49.6

6 35.84 48.8 -0.8 49.6

8 39.94 48.8 -0.8 49.6

图表1 输出信号幅度与积分时间的关系0档

U14

祝号1丁視,mi

13

3QJ

14

■

Q

_

tf

曲

«

10 44.02 49.6 -0.8 50.4

图表

表格5 输出信号幅度与积分时间的关系2档

驱动频率2档输出信号U 幅度积分时间（档）FC时间

ms

幅度（H）幅度（L）Vh-VI

0 47.1 49.2 -0.8 50

2 55.

3 49.2 -0.8 50

4 63.

5 49.2 -1.

6 50.8

6 71.

7 48.

8 -0.8 49.6

8 79.9 48 -0.8 48.8

10 88.1 48.4 -0.8 49.2

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刃

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表格

驱动频率3档输出信号U 幅度

幅度（H）幅度（L）Vh-VI 积分时间（档）FC时间

ms

0 94.2 48 -0.8 48.8

2 110.6 48 -0.8 48.8

4 127 48 -0.8 48.8

6 143.4 48 -0.8 48.8

8 159.6 48 -0.8 48.8

10 176.1 48 -0.8 48.8

现象及数据分析：通过表格3、4、5、6及其对应的图表1、2、3、4可以看出，随着积分时间档位和驱动频率档位的改变，积分时间不断改变；随着积分时间的增长，输出电压的幅值和峰值不断增大，输出曲线表现为一条上升的直线，如图表1、2 （部分）；当积分时间到达某

值后，输出电压幅值和峰值达到最大，在这之后，即使积分时间继续增大，输出电压也不能够再增大，如图表2 （部分）、3、4所示。

三、输出信号二值化

U（及 BO言号变化情况如下两图所示:

在BO接线柱，可以观察到二值化 TTL信号；且随着阈值电平的增大，BO俞出端实测图像

呈现由上面上图变为下图的情况，对比UG发现BO和UG台终呈现互补情况。

二值化输出波形曲线：

Figure 1 二值化输出波形曲线

现象及数据分析：在二值化波形输出数据采集中，使用到的测量片夹为 B片，黑色条纹直径为5mm此时在实验仪上示值为 309，表示二值化后低电平示值点个数为 309，利用相邻像素中心距估算放大率： 309*8um=2.472mm 2.472mm/5mm=0.4944

故放大率约为0.4944 ;

四、线阵CC啲AD数据采集

测量片夹A输出波形曲线：

Figure 2 测量输出波形曲线

现象及数据分析：

利用初始化获得的数据可得：调整好后的系统垂直率为98.8%，放大率为0.449 ；

对应图像Figure 2中一次从左到右五条条缝宽（点数）为：

A1=71, A2=301, A3=183, A4=593, A5=32;

由此可求得CCDt宽度为（8um/点）：

D1=0.568mm D2=2.408mm D3=1.464mm D4=4.744mm D5=0.256mm

利用放大倍率计算实际缝宽：

d1=1.265mm, d2=5.363mm, d3=3.261mm, d4=10.566mm, d5=0.570mm

（五）实验后思考题：

一、线阵原理及驱动

1.说明TCD2252啲基本工作原理。

答：在光敏区，由光电二极管构成阵列将入射在上面的光能转化为电能，形成电荷进行储存，

电荷量的多少就反映了原图像的信息；在驱动电路时许信号的作用下，CCD将光敏区形成的

电荷转移到模拟移位寄存器，光敏区开始新一轮的光电转换，而模拟移位寄存器则通过一位

一位的移动，将由电荷形成的电压信号向外输出，并通过AD转换形成数字信号输入计算机进行运算处理。

2.说明SH SP, RS, CF四个脉冲的作用，输出信号与 F1、F2周期的关系。