实验四 线阵CCD特性测试实验 - 图文

物理与电子信息学院——电子信息实验技术

光电成像器件实验报告

实验题目 姓名 杨智超 实验二 线阵CCD特性测试实验 组别 双2 班级 13光电子班 日期 学号 2016.6.1 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。 光电成像器件实验

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【实验步骤及注意事项】 五、实验步骤 （一）、不同频率与不同光强下测量物体的变化 1、用航空插座连接线，将CCD光路组件连接到线阵CCD模块。（线阵CCD模块上面的短路块J9的2、3用短路帽连接） 2、将CCD光路组件连接到光源特性测试模块，具体方法是：CCD组件红色迭插头连接到光源特性测试模块的J306台阶插座，黑色的迭插头连接光源特性测试模块的J307台阶插座，光源特性测试模块K301拨到“恒流”，k302拨到“电流源”。按下光源特性测试模块电源开关。 3、将中号物片放入CCD组件的物片窗口（注意保持与CCD组件表面的垂直），打开模块的电源开关。将积分时间开关置于0档，驱动频率开关置于2档，用CH1探头测量SH并使之同步，用CH2测量输出信号Uo，调整光源驱动（光源特性测试模块的W302电位器），使UO信号较为圆滑，观测SH与Uo的关系，并画出其波形图。 4、改变CCD像敏元的照度，观察输出信号UO的波形变化。画出当光强变化时输出信号UO波形图。 5、积分时间不变，改变驱动频率完成1,2步骤的实验内容。 6、分析上述实验现象，并说明驱动频率与输出信号的变化关系。为什么当驱动频率过低时UO无输出信号。 （二）、不同积分时间与不同光强下测量物体的变化 1、将中号物片放入CCD组件的物片窗口（注意保持与CCD组件表面的垂直），打开模块的电源开关。将驱动频率开关置于3档，积分时间开关置于0档，用CH1探头测量SH并使之同步，用CH2测量输出信号Uo，观测SH与Uo的关系，并画出其波形图. 2、改变CCD像敏元的照度（通过调节光源特性测试模块的W302电位器，减小LED面光源光强），观察输出信号U0的波形变化。画出当光强变化时输出信号U0波形图。 3、驱动频率不变化，改变积分时间完成1,2步骤的实验内容。 4、分析上述实验现象，并说明积分时间与输出信号的变化关系。 5、关机结束。关闭线阵CCD模块电源，关闭示波器电源。 六、注意事项： 为了确保线阵CCD模块实验的顺利进行，保障人身安全，避免损坏设备，并且达到实验目的，要求实验人员必须严格遵守以下实验规则及注意事项。 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，并查阅必要的参考资料。明确实验目的，了解实验内容的详细步骤后方能进行实验。 实验进行过程中，必须严格按照指导老师制定的步骤进行实验，不得自行随意进行，否则可能造成模块器不可逆的损坏以及不必要的严重后果。 所有与本模块相关的线缆必须在断电的情况下正确连接好，严禁带电插拔所有电缆线、连接线。 实验要集中精力，认真实验。遇到问题及时找指导老师解决，不得自作主张。 在进行CCD实验过程中，不允许打开CCD结构件，不允许带电插拔CCD器件，否则会造成CCD器件损毁。 不允许用带电的烙铁焊接任何与CCD有电气连接的导线、元器件。 光电成像器件实验

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【实验结果与数据处理】 图1 图2 图3 图4 图5 图6 【实验结论与分析】 实验过程中，由于存在示波器、光源特性测量模块本身存在的硬件问题，导致我们的实验一开始并不是很顺利，但是经过老师的指导以及我们自身的努力最后还是得出了实验结果。本次实验，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，让我进一步掌握了CCD的有关特性，掌握了积分时间的意义，以及从实验过程中观察到了驱动频率与积分时间对CCD输出信号的影响。 光电成像器件实验

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