slide1 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
CCD 驱动信号与 传输性能的实验 PowerPoint Presentation
Download Presentation
CCD 驱动信号与 传输性能的实验

Loading in 2 Seconds...

  share
play fullscreen
1 / 17

CCD 驱动信号与 传输性能的实验 - PowerPoint PPT Presentation

173 Views
Download Presentation
CCD 驱动信号与 传输性能的实验
An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

  1. CCD驱动信号与传输性能的实验 刘文军

  2. CCD (Charged Coupled Device)全称电荷耦合器件,它是用于存储和传输信息的新型半导体器件, • 它在工业、军事、科学研究、生活等方面有广泛的应用,如光学测量、遥感测量、图像制导、图像识别、数码摄影等。

  3. 1969年,ccd由美国贝尔实验室的W.S.Boyle与G.E.Smith发明,2009年获诺贝尔物理奖。1969年,ccd由美国贝尔实验室的W.S.Boyle与G.E.Smith发明,2009年获诺贝尔物理奖。

  4. 实验目的 • 学习掌握CCD的基本工作原理,CCD正常工作所需的外部条件及这些条件的改变对CCD输出的影响。 • 测量曝光时间,驱动周期,照明情况对输出的影响,并根据实验原理对输出进行说明。

  5. 实验原理 • 一个完整的CCD器件由光敏单元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。CCD工作时,在设定的积分时间内由光敏单元对光信号进行取样,将光的强弱转换为各光敏单元的电荷多少。取样结束后各光敏元电荷由转移栅转移到移位寄存器的相应单元中。移位寄存器在驱动时钟的作用下,将信号电荷顺次转移到输出端。将输出信号接到计算机,示波器,图象显示器或其它信号存储、处理设备中,就可对信号再现或进行存储处理。由于CCD光敏元可做得很小(约10um),所以它的图象分辨率很高。

  6. 电源 光敏单元 (补偿输出) 图1 CCD结构示意图

  7. CCD的MOS结构及存贮电荷原理

  8. 电荷的转移与传输 • CCD的移位寄存器是一列排列紧密的MOS电容器,它的表面由不透光的铝层覆盖,以实现光屏蔽 。 • 当相邻MOS电容两电极之间的间隙足够小(目前工艺可做到0.2μm),在信号电荷自感生电场的库仑力推动下,就可使信号电荷由浅处流向深处,实现信号电荷转移。 • 为了保证信号电荷按确定路线转移,通常MOS电容阵列栅极上所加电压脉冲为严格满足相位要求的二相、三相或四相系统的时钟脉冲。

  9. 二相CCD传输原理 • CCD中的电荷定向转移是靠势阱的非对称性实现的。 采用阶梯氧化层电极形成的二相结构

  10. 二相CCD传输原理 低电位 采用势垒注入区形成二相结构 (a)结构示意; (b)驱动脉冲 高电位

  11. 电荷读出方法

  12. 实验内容、步骤 • 选择实验1后计算机界面如图10所示。 • 菜单栏可输入起始时间,结束时间,选择驱动周期,曝光时间。确定显示信号的时间范围和CCD的工作参数。 • 由屏幕上半部显示CCD工作时的各路驱动信号波形,下半部显示CCD输出电压值。 • 按启动后仪器开始采样并显示实时图形,按停止后显示屏上保持最后采集到的图形。

  13. CCD要在若干时序严格配合的外界脉冲驱动下才能正常工作。CCD要在若干时序严格配合的外界脉冲驱动下才能正常工作。 • 进入ccd.exe程序后选择实验1,并按图10中的参数选择结束时间,显示屏上将显示各路脉冲的波形图。 • SH信号加在转移栅上。当SH为高电平时,正值φ1为高电平。移位寄存器中的所有φ1电极下均形成深势阱,同时SH的高电平使光敏单元与各像元φ1电极下的深势阱沟通,光敏单元向φ1注入信号电荷。SH为低电平时,光敏单元与移位寄存器的连接中断,此时光敏单元在外界光照作用下产生与光照对应的电荷,而移位寄存器中的信号电荷在时钟脉冲作用下向输出端转移,由输出端输出。 • CP为像元同步脉冲。 • 由于工艺上的原因,本实验仪所用CCD在靠近输出端设有32个虚设单元(哑元),然后是2048个有效光敏单元,最后又是8个虚设单元,共2088个单元。必须经过2088个驱动周期后才能把一幅完整的信号传送出去。 • 适当的改变设置,可以显示若干有效光敏单元的输出情况。当设置的显示时间大于2088乘以驱动周期时,可显示若干积分周期内每周期采样后光敏单元的总体输出情况。 • 按表1设置实验条件和灰度板位置,记录输出波形,并根据实验原理对输出波形进行说明(参见附录)。在做完表1内容后,也可自行设置参数,观测参数设置对输出的影响,加深对实验原理的理解。

  14. 表1 曝光时间,驱动周期,照明情况对输出的影响 起始时间0,照度约1Lx

  15. CCD特性实验仪配件介绍 • 照度计:照度计的作用是实验时,测量照射CCD的光强。测量的照度值有的只作为参考,有的则需带入进行计算(如计算CCD的饱和曝光量)。 • 减光镜:由两片偏振片组成,旋转调节两偏振片的透光轴夹角,可调节透过减光镜的光强度。使用时,先将减光镜置于照度计通光窗口上,依据照度计显示的照度值调节好减光镜,再将减光镜放置于CCD窗口上使用(必须完全把CCD窗口覆盖)。 • 柔光镜:其作用是将外界不均匀的光改变为均匀光,在实验中必须配在减光镜上同时使用。 • 灰度板:在同一外界照度条件下,可表现出CCD每个像元感应并输出电压同该像元对应光照强度之间的变化。