實驗一  線陣CCD原理與驅(qū)動特性

一、實驗?zāi)康?/span>

1、 掌握黑白線陣CCD多功能實驗儀的基本操作和功能。

2、 掌握用雙蹤跡示波器觀測線陣CCD驅(qū)動脈沖的頻率、幅度、周期和各路驅(qū)動脈沖之間的相位關(guān)系等測量方法。

3、 通過對典型線陣CCD驅(qū)動脈沖的時序和相位關(guān)系的觀測，掌握線陣CCD的基本工作原理，尤其要掌握RS復(fù)位脈沖與F1、F2驅(qū)動脈沖間的相位關(guān)系，分析它對CCD輸出信號有何影響？SH轉(zhuǎn)移脈沖與F1、F2驅(qū)動脈沖間的相位關(guān)系，掌握電荷轉(zhuǎn)移的幾個過程。

二、實驗前準(zhǔn)備內(nèi)容

1、 學(xué)習(xí)線陣CCD的基本工作原理（參考《圖像傳感器應(yīng)用技術(shù)》、《光電傳感器應(yīng)用技術(shù)》、《光電技術(shù)》等相關(guān)教材）；

2、 學(xué)習(xí)TCD1206SUP線陣CCD基本工作原理與驅(qū)動波形圖（參考附錄）。

3、 根據(jù)線陣CCD的基本工作原理，觀測轉(zhuǎn)移脈沖SH與F₁、F₂的相位關(guān)系，理解線陣CCD并行轉(zhuǎn)移過程中信號電荷從光積分區(qū)轉(zhuǎn)移到移位寄存器的過程；

4、 觀測F₁、F₂及F₁與SP、RS間的相位關(guān)系，理解線陣CCD的信號電荷在上述驅(qū)動脈沖作用下如何從移位寄存器串行傳輸出來以及復(fù)位脈沖RS的作用。

5、 閱讀雙蹤跡示波器的使用說明書，掌握雙蹤跡示波器的基本操作方法，尤其是它的同步調(diào)整，幅度、頻率、時間與相位的測量方法；

6、 學(xué)習(xí)、掌握用計算機軟件界面設(shè)置線陣CCD的積分時間與驅(qū)動頻率的方法，測量在不同驅(qū)動頻率與積分時間情況下的F₁、F₂、RS和SH的周期與頻率，以及周期（FC）的測量方法。

三、實驗所需儀器設(shè)備 

1、 MXY7002線陣CCD多功能實驗儀一臺；

2、 裝有VC++軟件及相關(guān)實驗軟件的PC計算機一臺，或MXY8002 光電技術(shù)應(yīng)用開發(fā)綜合實驗平臺一臺；

3、 雙蹤跡同步示波器（推薦使用數(shù)字示波器，帶寬應(yīng)在50MHz以上）一臺；

四、實驗內(nèi)容及步驟

1．實驗預(yù)備

（1） 閱讀線陣CCD實驗指導(dǎo)，閱讀軟件二次開發(fā)與參數(shù)設(shè)置的內(nèi)容；了解實驗所需的儀器設(shè)備。

（2） 首先將示波器的地線與實驗儀上的接地線連接好，并確認(rèn)示波器和實驗儀的電源插頭均已插入交流220V電源插座上；

（3） 取出雙蹤跡同步示波器的測試筆（或稱探頭）待用；

（4） 打開示波器的電源開關(guān)，選擇自動測試方式，調(diào)整顯示屏上出現(xiàn)的掃描線處于便于觀察的位置；

（5） 將示波器的兩個測試筆分別接到示波器的標(biāo)準(zhǔn)信號輸出端子上，進行表筆量程的校準(zhǔn)；

（6） 通過USB總線將實驗儀與計算機或MXY8002 光電技術(shù)應(yīng)用開發(fā)綜合實驗平臺中的計算機的USB輸入端口相連；

（7） 將MXY7002線陣CCD多功能實驗儀的電源開關(guān)閉合，指示燈被點亮；

（8） 啟動計算機，確認(rèn)實驗軟件程序已經(jīng)安裝到計算機系統(tǒng)內(nèi)，若沒有安裝則應(yīng)按軟件使用說明提示的方法安裝實驗軟件程序；

（9） 執(zhí)行原理性實驗軟件，彈出如圖1-1所示的執(zhí)行界面，在積分時間設(shè)置和驅(qū)動頻率設(shè)置中選中你想設(shè)置的參數(shù)，用鼠標(biāo)點擊“設(shè)置”，然后點擊“退出”，完成設(shè)置工作。

2．驅(qū)動脈沖相位的測量

（1） 開機后，設(shè)置好線陣CCD的積分時間和驅(qū)動頻率等參數(shù)，將其全部設(shè)置為“0”檔；

（2） 將示波器測試筆CH₁和CH₂分別接到實驗儀面板上標(biāo)注的各個脈沖（例如CH₁掃描線在上，CH₂在下），然后用CH₁為同步輸入，對照“附錄一”所給出的TCD1206的驅(qū)動波形進行下面的測試實驗。

（3） 將測試筆CH₁接到儀器面板上的轉(zhuǎn)移脈沖SH輸出端上，先仔細(xì)調(diào)節(jié)示波器的觸發(fā)脈沖電平旋鈕使示波器顯示波形穩(wěn)定，既表示示波器以被SH同步，再調(diào)節(jié)示波器的掃描頻率“旋鈕”或“按鍵”，使SH脈沖的寬度適合觀測，以能夠觀察到一個或二個周期為佳。然后，用測試筆CH₂分別接到儀器表面板上標(biāo)有“F₁”與“F₂”字樣的測試端口，觀測SH與F₁、F₂的相位關(guān)系，為更清楚地觀測，可以將示波器的掃描頻率加快，使SH的正脈沖展寬，能清楚地觀測到SH與F₁、F₂的相位關(guān)系，注意觀測SH脈沖的下降沿發(fā)生在F₁脈沖的“高”還是“低”電平的位置上；

（4） 將測試筆CH₁移至F₁信號輸出端，用示波器探頭CH₂分別測量F₂、RS、、SP信號，觀測F₁與F₂、RS、、SP信號之間的相位關(guān)系，注意RS脈沖與F₁、F₂的邊沿位置關(guān)系。

（5） 用測試筆CH₁探頭接SP信號輸出端，用CH₂探頭測量RS，觀測SP與RS信號之間的相位關(guān)系。

（6） 將以上測得的波形與相位關(guān)系與“附錄一”所示TCD1206SUP的驅(qū)動波形對照，分析實驗儀的真正驅(qū)動脈沖與手冊上所給脈沖之差異。

3．驅(qū)動頻率和積分時間測量

（1） 用示波器分別測量線陣CCD驅(qū)動器的4個檔位驅(qū)動脈沖F₁、F₂和復(fù)位脈沖RS的周期、頻率與幅度等參數(shù)，并分別填入表1-1；

（2） 觀察它們之間的相位關(guān)系，尤其注意復(fù)位脈沖RS與F1之間的相位關(guān)系，分析為什么復(fù)位脈沖RS產(chǎn)生于F1由高變低之后的一段時間（結(jié)合“圖像傳感器應(yīng)用技術(shù)”教材4.4節(jié)內(nèi)容討論）；

（3） 觀測調(diào)整積分時間設(shè)置時驅(qū)動頻率f是否跟隨變化？調(diào)整驅(qū)動頻率f時積分時間t_ing是否跟隨變化？

（4）將CCD的驅(qū)動頻率設(shè)置為“0”檔，積分時間也設(shè)置為“00”檔。用測試筆CH1測FC（以它為同步信號），用測試筆CH₂測量SH，觀察兩者的周期是否相同，記錄FC信號的周期。通過實驗儀面板上的積分時間和驅(qū)動頻率的調(diào)整按鈕進行調(diào)節(jié)，并將不同驅(qū)動頻率檔和積分時間檔次下的FC周期填入下表1-2中。表1-2只列出16檔，其余檔次可以自行添加測量。

4．CCD輸出信號的測量

（1） 將實驗儀積分時間設(shè)置為“00”檔，驅(qū)動頻率設(shè)置在“0”檔；

（2） 用示波器CH1探頭測量FC信號，調(diào)節(jié)示波器掃描頻率，使屏上至少顯示2個FC的周期波形；用CH₂探頭測量實驗儀的黑白線陣CCD的輸出信號U₀，將實驗儀器頂部的上蓋拿掉，用遮擋部分光路的方式改變?nèi)肷涞?/span>CCD像面上的光強度。觀察U_G的輸出信號應(yīng)該有所變化；

（3） 若將成像物鏡遮擋大部或干脆全部蓋住，輸出信號U₀的波形將變?yōu)?/span>的直線；

（4） 保持CH1探頭的測量內(nèi)容不變，打開改變積分時間的軟件，進行積分時間的調(diào)整，先逐漸增加積分時間，同時，用CH₂探頭測量輸出信號U₀，觀測輸出信號在積分時間改變過程中的變化情況；

（5） 分別將CH₁探頭接至SH與FC，調(diào)節(jié)示波器使之同步，觀測SH波形和CCD輸出信號波形之間的相位關(guān)系。重復(fù)上述步驟觀測FC波形和CCD輸出波形之間的相位關(guān)系，比較上述兩種相位關(guān)系的差異。

（6） 將實驗儀的上蓋打開，將成像物鏡恢復(fù)到初始狀態(tài)（取下鏡頭蓋），將安裝有尺寸測量棒的底座安放到臺上的長方孔處，調(diào)整好成像物鏡的焦距，使示波器能夠觀測到比較陡直的輸出信號波形，然后，再觀察積分時間或驅(qū)動頻率的變化對輸出信號幅度的影響。

（7） 分析為什么積分時間的變化會影響線陣CCD輸出信號的幅度？

5．結(jié)束與關(guān)機

完成上述實驗，并達到實驗?zāi)康暮?，便可結(jié)束實驗。

（1） 首先將軟件程序退出，再關(guān)閉計算機系統(tǒng)；

（2） 關(guān)閉實驗儀的電源；

（3） 關(guān)閉示波器的電源；

（4） 將總電源關(guān)閉；

（5） 將實驗儀器及其用具收拾好，放到位置；

（6） 將所做實驗數(shù)據(jù)交于實驗指導(dǎo)老師審查，合格后方可離開實驗室。

五、實驗總結(jié)與實驗報告

1、 寫出實驗總結(jié)報告，注意說明TCD1206SUP的基本工作原理。

2、 說明RS脈沖和SP脈沖的作用，輸出信號U0與F₁、F₂周期的關(guān)系。