光电子技术及仪器实验指导书

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1、光电子技术与仪器实验指导书实验一 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、 通过对典型线阵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（参考附录）。3、 掌握双踪迹

2、示波器的基本操作方法，尤其是它的同步、幅度、频率、时间与相位的测量方法。4、 根据线阵CCD的基本工作原理，观测转移脉冲SH与F1（CR1）、F2（CR2）的相位关系，理解线阵CCD的并行转移过程。观测F1与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、 测量CCD在不同驱动频率的情况下的F1与F2、F1、RS的周期与频率值，以及它的行周期（FC）值。三、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YHLCCDIV一台。四、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

3、接良好，并确认示波器和实验仪的电源插头均已插入交流220V的电源插座上；（2） 取出双踪迹同步示波器，将电源线插入交流220V的电源插座上，测试笔（或称探头）分别接入测试输入端口；打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观察的位置；（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上进行校准；（4） 打开YHLCCDIV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，前两位数表示积分时间档次值，末位数表示CCD的驱动频率档位值。积分时间共分为32档，显示数值范围由“00”“31”，数值越大表示积分时间越长

4、。积分时间的设置由仪器数值显示板下方的四个按键开关控制，分为十位键与个位键控制，按标有“+”号的键将使对应的显示积分时间的挡位加一操作，按动标有“” 号的键将使对应的显示积分时间的挡位减一操作；CCD的驱动频率档位值共有4档，分别显示数值为“0”“3”，“0”挡位下的驱动频率最高，“1”挡位数下的驱动频率是“0”挡位下的驱动频率的一半，显然，“3”挡位数下的驱动频率是“0”挡位下的驱动频率的1/8；2驱动脉冲相位的测量（1） 将示波器测试笔CH1和CH2的扫描线调整至适当位置后，用CH1为同步信号输入端。对照“附录一”TCD2252D的驱动波形进行下面的实验。（2） 用测试笔CH1接到仪器表面

5、上（转移脉冲）上，仔细调节触发脉冲电平旋钮使显示波形稳定（同步），使SH脉冲宽度适当（将示波器的扫描频率调至2ms左右）以便于观察。用测试笔CH2分别接到仪器表面标有“F1”与“F2”（驱动脉冲）字样的测试端口，观测SH与F1、F2的相位关系；（3） 再用测试笔CH1测量F1信号， CH2探头分别测量F2、RS、CP、SP信号，观测F1与F2、RS、CP、SP信号之间的相位关系。（4） 用测试笔CH1探头测量CP信号，CH2探头分别测量RS、SP，观测CP与RS、SP信号之间的相位关系。（5） 将以上所测的波形与相位关系与“附录一”所示TCD2252D的驱动波形相对照。3驱动频率和积分时间测量

6、（1）用示波器分别测量4档位下的驱动脉冲F1、F2、复位RS信号的周期、幅度，并计算出它们的频率填入表1-1。表1-1 驱动频率与周期驱动频率项目F1F2RS0档周期（s）1.0001.000500.0ns频率（KHz）1.000MHz1.000MHz2.000MHz1档周期（s）2.0002.0001.000频率（KHz）500.0500.01.000MHz2档周期（s）4.0004.0002.000频率（KHz）250.0250.0500.03档周期（s）8.0008.0004.000频率（KHz）125.0125.0250.0（2）将CCD的驱动频率设置为“0”档，积分时间也设置为“00

7、”档。用测试笔CH1测FC（以它作同步），用测试笔CH2测量SH，观察两者的周期是否相同，记录FC信号的周期。通过实验仪面板上的积分时间和驱动频率的调整按钮进行调节，并将不同驱动频率档和积分时间档次下的FC周期填入下表1-2中。表1-2只列出16档，其余档次可以自行添加测量。表1-2 积分时间的测量驱动频率0档驱动频率1档驱动频率2档驱动频率3档积分时间（档）FC周期（ms）积分时间（档）FC周期（ms）积分时间（档）FC周期（ms）积分时间（档）FC周期（ms）001.470002.940005.9000011.80011.600013.200016.4000112.80021.740023

8、.480026.9200213.90031.860033.720037.4400314.80041.980043.960047.9600416.00052.120054.240058.4400517.00062.240064.480068.9600618.00072.380074.760079.4800719.00082.500085.0000810.000820.00092.630095.2600910.520921.00102.760105.5201011.021022.00112.880115.7601111.401123.00123.000126.0001212.201224.10 1

9、33.160136.2601312.601325.20143.280146.5201413.101426.20153.400156.7601513.601527.204CCD输出信号的测量（1） 将实验仪积分时间设置为“00”档，驱动频率设置在“0”档。（2） 用示波器CH1探头测量FC信号，调节示波器显示至少2个FC周期； CH2 探头测量实验仪的UG输出端子，打开实验仪顶部盖板，调节镜头光圈。观察UG输出是否有变化，如没有任何变化，请通知实验指导教师调整。（3） 步缩小镜头光圈，观测UG的波形变化，当UG的输出在小于3V时停止调整镜头光圈，盖上仪器盖板。（4） 保持CH1探头不变，增加积分

10、时间，用CH2探头分别测量UG、UR和UB信号，观测这三个信号在积分时间改变时的信号变化。（5） 调节示波器扫描速度，展开SH信号，观测SH波形和CCD输出波形之间的相位关系。重复上述步骤观测FC波形和CCD输出波形之间的相位关系。（6） 打开实验仪上盖板，将测量片夹B插入到后端片夹夹具中，适当开大镜头光圈，通过示波器观测CCD输出波形的变化。5关机结束（1）关闭实验仪。（2）关闭示波器。（3）关闭电源。五、实验总结1、 写出实验总结报告，注意说明TCD2252D的基本工作原理。2、 说明RS脉冲、SP脉冲和CP脉冲的作用，输出信号与F1、F2周期的关系。3、 解释为何在同样的光源亮度下会出现

11、UR、UG、UB信号的幅度差异。六、注意事项为了确保本实验的顺利进行，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

12、相关的线缆如电源线、示波器地线、计算机并行接口数据连接线等必须在断电的情况下连接良好，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良好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。实验二 线阵CCD基本特性的测量实验一、实验目的通过对典型线阵CCD在不同驱动频率和不同积分时间下输出信号的测量，进一步掌握线阵CCD的基本特性，加深积分时间对CCD输出信号的影响，掌握驱动频率和积分时间设置与改变的意义。正确理解线

13、阵CCD器件的光照灵敏度的概念与饱和“溢出”的效应。二、实验准备内容1、 学习掌握线阵CCD的基本工作原理（参考图像传感器应用技术教材的相关章节）。2、 学习掌握TCD2252D线阵CCD基本工作原理（参考附录一中的特性参数表）。3、 通过对典型线阵CCD的输出信号和驱动脉冲相位关系的测量，掌握线阵CCD的基本特性。特别注意对积分时间、驱动频率、输出信号幅度等的测量结果的分析。找出积分时间、驱动频率、输出信号幅度间的关系，FC脉冲与输出信号的相位关系，说明FC脉冲的作用。三、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YHLCCDIV一台。

14、四、实验内容及步骤1实验预备（1） 首先将示波器的地线与多功能实验仪上的地线连接好，并确认示波器和多功能实验仪的电源插头均插入交流220V插座上。（2） 打开示波器电源开关，调整好示波器。（3） 打开YHLCCDIV的电源开关，测量F1、F2、FC、RS、SP、CP各路驱动脉冲信号的波形，并与“附录一”中所示波形对比。应该与附图3所示的波形基本相符，表明仪器工作正常，继续进行下面实验；否则，应请指导教师检查。2驱动频率变化对CCD输出波形影响的测量（1） 将示波器CH1和CH2的扫描线调整至适当位置，设置CH1所测信号为同步信号。（2） 将实验仪CCD的驱动频率设置为“0”档，积分时间设置为“00”挡。（3） 用CH1探头测量FC脉冲，仔细调节使之同步稳定，调节示波器使示波器显示至少2个稳定的FC周期，用测试笔CH2测量Uo(泛指UR、UG、UB)信号。（4） 调整CCD成像物镜镜头的光圈，观测Uo信号幅度的变化，将光圈调整至UG信号接近“0V”位置处停止调整光圈，将测量片夹B插入后端片夹夹具中，盖上盖板。（5） 维持示波器探头不动，使FC脉冲始终保持显示至少2个周期，改变驱动频率，设置为“1”档，观测CCD输出信号的变化。（6） 继续调