彩色线阵图像传感器实验

彩色线阵图像传感器实验第一页，共一百四十页，2022年，8月28日1主讲教师：祝世平电话： E-Mail：

办公室： 新主楼B座705室第二页，共一百四十页，2022年，8月28日2课程安排及要求第三页，共一百四十页，2022年，8月28日3一、基本要求所做实验需要写实验报告，实验报告应该对实验现象和数据进行分析，得出相应的结论。线阵CCD驱动电路的设计部分采用Multisim电路仿真软件进行驱动时序信号的仿真，可以参考所提供的示例电路并做出改进，鼓励不同于示例电路的具有新意的电路设计，或采用FPGA、单片机等方式进行仿真。第四页，共一百四十页，2022年，8月28日4实验报告（包括实验部分和驱动电路设计部分），按照给定的统一模版，写在1张A4纸上。要求A4纸正反面打印，正文为5号字体。实验内容和驱动电路设计必须独立完成，不得互相抄袭。第五页，共一百四十页，2022年，8月28日5二、每位同学需要提交的材料

实验报告：内容包括：①实验部分；②驱动电路设计部分。（其中驱动电路设计部分可以包括一种或多种方案（IC分立元件、FPGA、单片机等）。实验报告须提交电子版和打印版。Multisim电路仿真文件（或FPGA程序、单片机程序等）：须提交电子版。第六页，共一百四十页，2022年，8月28日6三、相关材料的提交方式

电子版提交方式：每位同学用“学号姓名”建立一个文件夹。每位同学的以上实验报告电子版和电路仿真文件等2项材料都存放在自己的文件夹内。打印版提交方式：每位同学的实验报告打印1份，按照给定的统一模版，正反面打印在1张A4纸上。以上打印版材料和电子版材料，由班长收齐后在规定的时间内统一交给任课教师。第七页，共一百四十页，2022年，8月28日7参考书目王庆友主编，《图像传感器应用技术》，电子工业出版社，2003年9月。第八页，共一百四十页，2022年，8月28日8第一章CCD的基本工作原理第九页，共一百四十页，2022年，8月28日9图像传感器的基本原理成像物镜将外界照明光照射下的（或自身发光的）景物成像在物镜的像面上，形成二维空间的光强分布（光学图像）。能够将二维光强分布的光学图像转变成一维时序电信号的传感器称为图像传感器。

第十页，共一百四十页，2022年，8月28日10

单个图像传感器的工作原理第十一页，共一百四十页，2022年，8月28日11一维线阵图像传感器和二维面阵图像传感器第十二页，共一百四十页，2022年，8月28日12线阵图像传感器的成像过程第十三页，共一百四十页，2022年，8月28日13加拿大达尔萨(DALSA)公司IT-P1-4096线阵CCD传感器彩色线阵CCD图像传感器分辨率：4096像元尺寸：10µm×10µm帧频：4通道，23.7fps时钟：4×25MHz动态范围：70dB第十四页，共一百四十页，2022年，8月28日14加拿大达尔萨(DALSA)公司FTF4052M/C全帧面阵CCD传感器黑白/彩色全帧CCD图像传感器分辨率：4008×5344像元尺寸：9µm×9µm帧频：4通道，3.6fps时钟：4×25MHz动态范围：>72dB，线性第十五页，共一百四十页，2022年，8月28日15电荷耦合摄像器件电荷耦合摄像器件(CCD)的突出特点是以电荷为信号的载体，不同于大多数以电流或电压为信号的载体的器件。CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。因此，CCD的基本工作过程主要是信号电荷的产生、存储、转移和检测。第十六页，共一百四十页，2022年，8月28日16电荷的存储构成CCD的基本单元是MOS（金属-氧化物-半导体）结构。在栅极G施加电压UG之前P型半导体中空穴（多数载流子）的分布是均匀的。第十七页，共一百四十页，2022年，8月28日17当栅极施压正电压UG（此时UG小于等于P型半导体的阈值电压Uth），P型半导体中的空穴将开始被排斥，并在半导体中产生耗尽区。电压继续增加，耗尽区将继续向半导体体内延伸。第十八页，共一百四十页，2022年，8月28日18紧密排列的MOS结构能够存储和转移电荷。第十九页，共一百四十页，2022年，8月28日19UG大于Uth后，耗尽区的深度与UG成正比。若将半导体与绝缘体界面上的电势记为表面势，且用Φs表示，表面势Φs将随栅极电压UG的增高而增高。在同样的栅极电压UG作用下，不同厚度的氧化层有着不同的表面势。表面势Φs表征了耗尽区的深度。第二十页，共一百四十页，2022年，8月28日20在没有反型层电荷时，势阱的“深度”与栅极电压UG的关系恰如Φs与UG的关系。下图中：所示为空势阱的情况；为反型层电荷填充1/3势阱时表面势收缩的情况；第二十一页，共一百四十页，2022年，8月28日21当反型层电荷继续增加时，表面势Φs将逐渐减小，当反型层电荷足够多时，表面势Φs减小到最低值2ΦF。此时，电子将产生“溢出”现象，表面势可以作为势阱深度的度量。第二十二页，共一百四十页，2022年，8月28日22第二十三页，共一百四十页，2022年，8月28日23电荷的转移为了理解CCD中势阱及电荷如何从一个位置转移到另一个位置，如下图所示的四个彼此靠的很近的电机在加上不同电压的情况下，势阱与电荷的运动规律。通过将按一定规律变化的电压加到CCD各电极上，电极下的电荷包就能沿半导体表面按一定方向移动。第二十四页，共一百四十页，2022年，8月28日24通常把CCD的电极分为几组，每一组称为一相，并施加同样的时钟驱动脉冲。CCD正常工作所需要的相数由其内部结构决定。第二十五页，共一百四十页，2022年，8月28日25下图所示的结构需要三相时钟脉冲，其驱动脉冲的波形如图(f)所示。这样的CCD称为三相CCD。三相CCD的电荷必须在三相交叠驱动脉冲的作用下，才能以一定的方向逐单元地转移。第二十六页，共一百四十页，2022年，8月28日26第二十七页，共一百四十页，2022年，8月28日27电荷的检测在CCD中，有效地收集和检测电荷是一个重要问题。目前的CCD输出电荷信号的方式主要是称为电流输出的电路。第二十八页，共一百四十页，2022年，8月28日28电流输出方式的电路如下图所示。它由检测二极管、二极管的偏置电阻R、源极输出放大器和复位场效应管VR等单元组成。第二十九页，共一百四十页，2022年，8月28日29第三十页，共一百四十页，2022年，8月28日30信号电荷在转移脉冲的驱动下向右转移到最末一级转移电极（图中CR2电极）下的势阱中。当CR2电极上的电压由高变低时，由于势阱的提高，信号电荷将通过输出栅（加有恒定的电压）下的势阱进入反向偏置的二极管（图中N+区）。第三十一页，共一百四十页，2022年，8月28日31进入反向偏置的二极管中的电荷（电子），将产生电流Id，且Id的大小与注入二极管中的信号电荷量Qs成正比，而与R成反比。电阻R是制作在CCD器件内部的固定电阻，阻值为常数。所以，输出电流Id与注入二极管中的电荷量Qs成线性关系。第三十二页，共一百四十页，2022年，8月28日32由于Id的存在，使得A点的电位发生变化。注入二极管中的电荷量Qs越大，Id也越大，A点电位下降得越低。所以，可以用A点的电位来检测注入到输出二极管中的电荷Qs。隔直电容只将A点的电位变化取出，使其通过场效应放大器的OS端输出。第三十三页，共一百四十页，2022年，8月28日33线型CCD摄像器件的两种基本形式单沟道线阵CCD第三十四页，共一百四十页，2022年，8月28日34单沟道线阵CCD由光敏阵列、转移栅、CCD模拟移位寄存器和输出放大器等单元构成。光敏阵列一般由光栅控制的MOS光积分电容或PN结光电二极管构成，光敏阵列与CCD模拟移位寄存器之间通过转移栅相连。第三十五页，共一百四十页，2022年，8月28日35转移栅既可以将光敏区与模拟移位寄存器分隔开来，又可以将光敏区与模拟移位寄存器沟通，使光敏区积累的电荷信号转移到模拟移位寄存器中。第三十六页，共一百四十页，2022年，8月28日36通过加在转移栅上的控制脉冲完成光敏区与模拟移位寄存器隔离与沟通的控制。当转移栅上的电位为高电平时，二者沟通，而转移栅上的电位为低电平时，二者隔离。第三十七页，共一百四十页，2022年，8月28日37二者隔离时光敏区进行光电注入，光敏单元在不断积累电荷，有时将光敏单元积累电荷的这段时间称为光积分时间。转移栅电极电压为高电平时，光敏区所累积的信号电荷将通过转移栅转移到CCD模拟移位寄存器中。第三十八页，共一百四十页，2022年，8月28日38通常转移栅电极为高电平的时间很短，为低电平的时间很长，因而光积分时间要远超过转移时间。在光积分时间里，CCD模拟移位寄存器在三相交叠脉冲的作用下，将信号电荷一位位地移出器件，经输出放大器形成时序信号（或称视频信号）。第三十九页，共一百四十页，2022年，8月28日39双沟道线阵CCD第四十页，共一百四十页，2022年，8月28日40双沟道线阵CCD摄像器件具有两列CCD模拟移位寄存器A与B，分列在像敏阵列的两边。当转移栅A与B为高电位（对于N沟道器件）时，光敏阵列势阱里积存的信号电荷包将同时按箭头指定的方向分别转移到对应的模拟移位寄存器内。然后在驱动脉冲的作用下分别向右转移。最后经输出放大器以视频信号的方式输出。第四十一页，共一百四十页，2022年，8月28日41对同样的像敏单元来说，双沟道线阵CCD要比单沟道线阵CCD的转移次数少一半，转移时间缩短一半，它的总转移效率大大提高。因此，在要求提高CCD的工作速度和转移效率的情况下，常采用双沟道的方式。第四十二页，共一百四十页，2022年，8月28日42第二章TCD2252D彩色双沟道CCD

第四十三页，共一百四十页，2022年，8月28日43一、TCD2252D的基本结构TCD2252D是一种高灵敏度、低暗电流、2700像元的内置采样保持电路的彩色线阵CCD图像传感器。它内部包含3列2700像元的光敏二极管。

该器件工作在5V驱动（脉冲）、12V电源条件下。

第四十四页，共一百四十页，2022年，8月28日44TCD2252D的外形图

第四十五页，共一百四十页，2022年，8月28日45TCD2252D的管脚分布图

第四十六页，共一百四十页，2022年，8月28日46TCD2252D的管脚定义

第四十七页，共一百四十页，2022年，8月28日47TCD2252D的基本特性

像敏单元数目：2700像元×3列。像敏单元大小：8m×8m×8m（相邻像元中心距为8m）。光敏区域：采用高灵敏度和低暗电流PN结作为光敏单元。第四十八页，共一百四十页，2022年，8月28日48相邻光敏列间距：48m时钟：二相（5V）内部电路：采样保持电路、箝位电路。封装形式：22脚DIP封装。彩色滤光片：绿、蓝、红。第四十九页，共一百四十页，2022年，8月28日49TCD2252D的基本结构原理图

第五十页，共一百四十页，2022年，8月28日50TCD2252D由2776个PN结光电二极管构成光敏单元阵列，其中前64个和后12个是用做暗电流检测而被遮蔽的，图中用符号Di(i=0,1,2,…)表示。中间的2700个光电二极管是曝光像敏单元，图中用符号Si(i=0,1,2,…)表示。

第五十一页，共一百四十页，2022年，8月28日51每个光敏单元的尺寸为8µm×8µm，相邻像素中心距8µm，相邻传感线间距48µm。

光敏单元阵列的两侧是用做存储光生电荷的MOS电容存储栅。

第五十二页，共一百四十页，2022年，8月28日52MOS电容存储栅的两侧是转移栅电极SH。转移栅电极的两侧为CCD模拟移位寄存器。其信号输出部分由输出放大器单元的OS端输出。

第五十三页，共一百四十页，2022年，8月28日53①SH：完成将光敏区信号电荷向模拟移位寄存器中转移，在光积分期间，起到隔离作用。②SP：采样保持脉冲，采样保持电路的作用是把钳位电路的输出值保持一段时间，使得波形成为高低电平的形式而不是脉冲。第五十四页，共一百四十页，2022年，8月28日54③

RS：当转移栅把信号电荷转移到移位寄存器中后，移位寄存器要一位一位输出电荷，为了不使得输出混乱，RS电极需要外加适当的复位脉冲，每当前一个电荷包输出完毕，下一个电荷包尚未输出之前，RS电极上应出现复位脉冲，它把前一电荷包抽走，以准备接受下一电荷包到来。第五十五页，共一百四十页，2022年，8月28日55④CP：钳位脉冲，减少纹波和暗电流的影响，保持零电平，使采样保持电路有一个稳定的采样值。第五十六页，共一百四十页，2022年，8月28日56二、TCD2252D的工作原理线阵CCD由光电二极管阵列组成的光敏区，转移栅，CCD模拟移位寄存器，以及其它一些控制电路组成。

第五十七页，共一百四十页，2022年，8月28日57对于光敏区来说，是由光电二极管阵列构成，它们可以把入射在其上的光能转化为电能（确切的说是电荷包）。转化出的电荷量的多少是和入射在相应的光电二极管上的光强和积分时间有关系的，因此电荷量的多少就反映了原图像的信息。

第五十八页，共一百四十页，2022年，8月28日58同时光敏区必须把所形成的电荷进行转移，以便于变成便于利用的电压信号。而且只有及时地把电荷转移走才能使得CCD芯片能连续工作。

第五十九页，共一百四十页，2022年，8月28日59当然转移栅的功能就是实现把光敏区产生的电荷进行转移。要使电荷转移快速准确的进行，就必须用外界电路产生相应的波形（电压）进行控制，因此设计CCD的驱动电路就成为能使器件正常工作的重要环节。

第六十页，共一百四十页，2022年，8月28日60在转移栅把光敏区的产生的信号电荷转移到CCD模拟移位寄存器的同时，光敏区又开始工作进行新一轮的转换。CCD模拟移位寄存器则把转移过来的电荷保存并向外（计算机）传输。

第六十一页，共一百四十页，2022年，8月28日61剩余的电路如钳位和采样保持的作用是使得CCD芯片输出的信号OS的电平能稳定的保持。

第六十二页，共一百四十页，2022年，8月28日62因为有纹波和暗电流的影响，CCD移位寄存器的输出电平不稳定。钳位使RS复位后的零电平可以保持一段时间、使零电平时间长一些，这样线性化好一些。采样保持电路的作用是把OS输出信号电平保持一定的时间，使得波形成为高低电平的形式而不是脉冲。第六十三页，共一百四十页，2022年，8月28日63TCD2252D的驱动脉冲时序图

第六十四页，共一百四十页，2022年，8月28日64图中当SH脉冲为高电平时，1A,B脉冲亦为高电平，其下均形成深势阱。这样，SH的深势阱使1A,B电极下的深势阱与MOS电容存储势阱沟通，MOS电容存储栅中的信号电荷将通过转移栅转移到模拟移位寄存器1A,B电极下的势阱中。

第六十五页，共一百四十页，2022年，8月28日65当SH由高变低时，SH低电平形成的浅势阱（也可以称为势垒）将存储栅下的势阱与1A,B电极下的势阱隔离开。存储栅下的势阱进入光积分状态，而模拟移位寄存器将在1A,B与2A,B脉冲的作用下驱动信号电荷进入定向转移。

第六十六页，共一百四十页，2022年，8月28日66最初由存储栅转移到1A,B电极下势阱中的信号电荷将向左转移进入2A,B电极下势阱中，而后再转移至1A,B电极下势阱中，一位位地向左转移，最后经过输出电路由OS端输出哑元信号和2700个有效像元信号。

第六十七页，共一百四十页，2022年，8月28日67由于结构上的安排，OS端首先输出13个虚设单元信号（所谓虚设单元是没有光电二极管与之对应当CCD模拟寄存器的部分）。然后输出48个哑元信号（指被遮光的光电二极管与之对应当CCD模拟移位寄存器的部分产生的信号）。第六十八页，共一百四十页，2022年，8月28日68再输出3个信号（这3个信号可因为光的斜射而产生电荷信号的输出，但不能作为有效信号）。最后才连续输出S1～S2700的有效像素单元信号。S2700信号输出后，又输出9个暗信号。第六十九页，共一百四十页，2022年，8月28日69再输出2个奇偶检验信号，之后便是没有信号的空驱动信号。空驱动数目可以是任意的，但必须大于0，否则会影响下一行信号的输出。

第七十页，共一百四十页，2022年，8月28日70由于该器件是两列并行分奇、偶传输的，所以在一个SH周期中至少要有1388个1A,B脉冲。即TSH>1388T1，T1为驱动脉冲1A,B的周期。第七十一页，共一百四十页，2022年，8月28日71图中的RS为加在复位场效应管栅极上的复位脉冲。每复位一次就输出一个像敏单元的信号，在器件的输出端输出OS信号。时钟管脚：每一时钟有两个相位的原因，是每一通道R、G、B为了快速转移电荷，而使用两个时钟脉冲的控制。第七十二页，共一百四十页，2022年，8月28日72Ø1与SH的相位关系：Ø1先高，移位寄存器中接收电荷的势阱先形成，有利于电荷的转移；Ø1后下降，不致使Ø1的电极下电荷倒流回势阱中。

第七十三页，共一百四十页，2022年，8月28日73转移脉冲SH的高电平期间，驱动脉冲Ø1必须也为高电平，而且必须保证SH的下降沿落在Ø1的高电平上，才能保证光敏区的信号电荷并行地向模拟移位寄存器的Ø1电极转移。第七十四页，共一百四十页，2022年，8月28日74TCD2252D的时序要求

第七十五页，共一百四十页，2022年，8月28日75第七十六页，共一百四十页，2022年，8月28日76第七十七页，共一百四十页，2022年，8月28日77三、TCD2252D的驱动电路设计

SH脉冲为低电平时为“采光”时间（积分时间），SH脉冲的周期决定了器件采光时间的长短。

第七十八页，共一百四十页，2022年，8月28日78而在此期间，两侧的移位寄存器在驱动脉冲Ø1和Ø2作用下把上一次转移来的电荷包逐个一次输出到器件以外。可以看出，在SH为低电平期间，两个移位寄存器分别输出2700/2个信号脉冲。

第七十九页，共一百四十页，2022年，8月28日79器件最佳驱动脉冲Ø1、Ø2的频率为500KHz。那么RS的复位信号的频率就应该是Ø1、Ø2的频率的2倍。同理，根据CCD的基本原理可以分析出钳位和采样保持脉冲电路的频率要求。第八十页，共一百四十页，2022年，8月28日80驱动电路应满足三个要求

①满足CCD芯片时序图的时序要求。②对CCD提供的脉冲应满足一定的电压幅度（12V）和功率要求（800mW）。③CCD输出信号便于和外电路连接。

第八十一页，共一百四十页，2022年，8月28日81驱动电路方框图

第八十二页，共一百四十页，2022年，8月28日82在CCD应用技术中，其赖以正常工作的驱动信号的产生电路比较复杂，驱动电路的设计也就成为其应用中的关键问题之一。

第八十三页，共一百四十页，2022年，8月28日83由于不同厂家生产的CCD其驱动时序不尽相同，而同一厂家的不同型号的CCD其驱动时序也不完全一样，使CCD的驱动电路很难规范化、产品化。因此，许多CCD用户必须面对驱动电路的设计问题。

第八十四页，共一百四十页，2022年，8月28日84CCD时序脉冲信号是一组周期性的、关系比较复杂的脉冲信号，它是影响CCD器件的信号处理能力、转移效率、信噪比等性能的一个重要因素。第八十五页，共一百四十页，2022年，8月28日85线阵CCD驱动电路通常有4种方式实现：IC驱动法EPROM驱动法（或E2PROM）单片机驱动法可编程逻辑器件(PLD)驱动法第八十六页，共一百四十页，2022年，8月28日861、IC驱动法在设计中，使用同一时钟对几路脉冲进行控制，以保证相互间确定的时间关系。再用分频器对时钟脉冲进行分频以产生各路脉冲所需的波形。下图为采用这种方法设计的电路图。

第八十七页，共一百四十页，2022年，8月28日87两相CCD驱动的电路图

第八十八页，共一百四十页，2022年，8月28日88Multisim10.0在理想仿真模式下的仿真结果光生电荷转移阶段（两端部分）：第一幅图SHΦ1SPRS

第八十九页，共一百四十页，2022年，8月28日89第二幅图Φ2SPRSCP第九十页，共一百四十页，2022年，8月28日90第三幅图SHSPRSCP第九十一页，共一百四十页，2022年，8月28日91光生电荷积累阶段（中间部分）：

第一幅图Φ1Φ2RSCP第九十二页，共一百四十页，2022年，8月28日92第二幅图Φ1SPRSCP第九十三页，共一百四十页，2022年，8月28日932、EPROM驱动方法

由CCD驱动时序图可知，RS、CP和SP的低电平为最窄，而各个信号的任何部分都是最窄部分的倍数。根据这一特点，将这组信号以最窄部分为基本单位划分为若干个等时间间隔，称为状态。

第九十四页，共一百四十页，2022年，8月28日94时钟波形电平变化发生在一定状态变化时刻，这样任意一路信号都被分为上万个状态，处于某一状态时，各路信号或1或0，构成一个状态的数据。将数据依次装入可擦除只读存储器EPROM中，只要等时间间隔地依次输出这些数据就形成了CCD所需的各路波形。

第九十五页，共一百四十页，2022年，8月28日953、单片驱动方法

单片机是靠指令产生I/O口的输出逻辑状态来产生驱动时序。由于线阵CCD的典型复位脉冲是1MHz，对单片机的速度有一个最低要求，所以要实现这种驱动方法必须使用指令周期小于1µs的单片机，如AVR单片机。第九十六页，共一百四十页，2022年，8月28日96单片机驱动连接示意图

第九十七页，共一百四十页，2022年，8月28日974、可编程逻辑器件设计法

这种设计方法就是使用与器件对应的基于Windows的开发软件，这类软件一般都支持电路图、VHDL或VerilogHDL输入方式及仿真。首先按CCD时序发生器的原理将其分成高低几个逻辑关系层。第九十八页，共一百四十页，2022年，8月28日98利用模块化的设计方法，对各部分逻辑关系使用原理图与硬件描述语言混合进行描述。并进行逐级仿真，以确保时序的正确性。最后将编译生成的JEDEC文件下载到可编程芯片上。

第九十九页，共一百四十页，2022年，8月28日99基于FPGA的驱动连接示意图

赛灵思(XILINX)、阿尔特拉(Altera)等公司均有FPGA产品，虽然不同公司的产品在结构上差异较大，但都能实现可重复编程开发的功能。第一百页，共一百四十页，2022年，8月28日1005、四种方法的比较早期的CCD驱动电路几乎全部是由普通数字电路芯片实现的，由于需要复杂的三相或四相交迭脉冲，一般整个驱动电路需要20个芯片左右，体积较大，设计也复杂，偏重于硬件的实现，调试困难，灵活性较差。第一百零一页，共一百四十页，2022年，8月28日101EPROM（或E2PROM）法，设计思想十分显然，不论对任何型号的CCD，其硬件结构几乎不需要变化。只需按CCD的典型驱动波形图，将EPROM输出数据与CCD信号相对应，以及将波形转化成数据即可，设计起来十分简单。第一百零二页，共一百四十页，2022年，8月28日102单片机驱动方法与EPROM方法有些相似。EPROM方法每改变地址就输出新的状态数据，单片机法每改变一次端口输出指令就改变了输出数据。在这种设计方法中，硬件电路非常简单，但是存在资源浪费较多，频率较低的缺陷。第一百零三页，共一百四十页，2022年，8月28日103可编程逻辑器件设计法实现的系统集成度高、速度快、可靠性好。系统每一功能模块完成后可单独仿真。整个系统完成时也可在计算机上进行仿真，不需要外部测试仪器就可以检查修改设计中的问题。第一百零四页，共一百四十页，2022年，8月28日104另外，利用ISP技术（系统内可编程技术）后，系统提供编程接口，电子系统的硬件设计变得像软件设计那样灵活而又易于修改。第一百零五页，共一百四十页，2022年，8月28日105ISP技术，即在系统内可编程技术，是指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下器件，已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。第一百零六页，共一百四十页，2022年，8月28日106硬件的功能可以实时地加以修改，或按规定程序改变组态。大规模可编程逻辑器件的应用已经是电子系统设计的趋势。第一百零七页，共一百四十页，2022年，8月28日107第三章彩色线阵CCD多功能实验

第一百零八页，共一百四十页，2022年，8月28日108第一节实验仪的基本原理及技术指标第一百零九页，共一百四十页，2022年，8月28日109YHCCD-IV（基本型）的规格及

技术指标图像传感器采用2700像素TCD2252DRGB三线彩色线阵CCD，单像素尺寸8µm×8µm，相邻像素中心距8µm，相邻传感线间距48µm。第一百一十页，共一百四十页，2022年，8月28日110YHCCD－IV彩色线阵CCD多功能实验系统由稳压电源、照明系统、被测物夹持系统、成像光学系统、彩色线阵CCD、信号处理系统、测量软件和计算机等组成。第一百一十一页，共一百四十页，2022年，8月28日111稳压电源为照明系统提供稳定的照明光。被照明的物体经光学成像系统成像在线阵CCD的光敏阵列面上。线阵CCD在驱动脉冲的作用下完成光电转换并产生视频信号。第一百一十二页，共一百四十页，2022年，8月28日112实验仪器系统框图第一百一十三页，共一百四十页，2022年，8月28日113实验仪器示意图第一百一十四页，共一百四十页，2022年，8月28日114仪器各部件介绍主电源开关二值化阈值电平调节旋钮硬件二值化开关振动装置电机开关（此仪器中暂时未使用）第一百一十五页，共一百四十页，2022年，8月28日115光源开关（此仪器中暂时未使用）CCD上电开关（此仪器中暂时未使用）计算机并口连接端口第一百一十六页，共一百四十页，2022年，8月28日116积分时间设置按钮（个位减）积分时间设置按钮（十位减）积分时间设置按钮（十位加）积分时间设置按钮（个位加）驱动频率设置按钮第一百一十七页，共一百四十页，2022年，8月28日117仪器显示面板顶盖（可拿下）测量用接线柱第一百一十八页，共一百四十页，2022年，8月28日118第二节实验仪的相关说明

第一百一十九页，共一百四十页，2022年，8月28日119一、CCD驱动波形与YHCCD－IV标注对应关系

实验仪上F1信号对应于该器件的Ø1A1、Ø1A2和Ø1B信号。实验仪上F2信号对应于该器件的Ø2A1、Ø2A2和Ø2B信号。实验仪上RS信号对应于该器件的RS信号。第一百二十页，共一百四十页，2022年，8月28日120实验仪上CP信号对应于该器件的CP信号。实验仪上SP信号对应于该器件的SP信号。实验仪FC(HC)信号定义如下：第一百二十一页，共一百四十页，2022年，8月28日121FC信号周期与SH信号周期相同，FC信号上升沿对应于CCD第一有效输出信号。

第一百二十二页，共一百四十页，2022年，8月28日122二、各部分操作基本说明

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。第一百二十三页，共一百四十页，2022年，8月28日123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。第一百二十四页，共一百四十页，2022年，8月28日124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。

第一百二十五页，共一百四十页，2022年，8月28日125二值化阈值电平调节按钮（共2个）：用于调节本实验仪阈值电平：每按一次，阈值电平改变0.02V。仪器显示面板显示为当前的阈值电平电压值。延时约3秒钟后，