电荷耦合器件的基本工作原理及其应用

一、实验课题意义及要求

电荷耦合器件（CCD）线阵光电传感器具有灵敏度高、性能稳定、抗干扰能力强、便于计算机处理等特点，在工业生产中广泛应用于各类产品的尺寸检测控制，如管线、轧制材料、光/电缆、机械零件等。

了解CCD的基本工作原理；掌握CCD的应用之一:实时在线、非接触高精度测量方法应用之二:单缝衍射光谱图形与光强分布的分析；了解利用计算机采集CCD数据的方法，并利用分析软件对所获的数据进行分析处理。

二、参考文献

[1] 张晓华，张认成，等.CCD的应用现状及其发展前景[J].仪器仪表用户，2005，12（5）:7-9.

[2] 范子坤.CCD图像传感器及其最新进展[J].系统工程与电子技术，1989（11）:34-38.

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[5] 青莉，高晓蓉.线阵CCD摄像技术在接触导线磨损检测中的应用[J].机车车辆工艺，2005（4）:30-32.

[6] 刘晓昌.线阵CCD高精度检测技术[J].仪表技术与传感器，1993（3）:6-8.

[7] 钱思明.动态线材直径CCD测量仪[J].仪表技术与传感器， 1995（3）:17-18.

三、提供的仪器与材料

DM99CCD测径实验仪，LM99PC型CCD微机多道光强分布测量系统，计算机，螺旋测微计，标准物，待测物。

四、开题报告及预习

1.什么是电荷耦合器件，在日常生活中有没有该类产品的存在?

2.势阱产生的过程。

3.结合日常使用相关产品的经验理解电子溢出的过程。

4.线阵或面阵CCD中电荷究竟如何转移。

5.什么是一次定标、二次定标与分段二次定标?

6.如何获得精确的物体边界，包括幅度切割法、像元细分以及梯度法。

7.考虑光强能否影响物体边界的提取，为什么?

8.考虑影响单缝衍射图样对称性的因素，以及如何观察和利用不对称的衍射图样去调整光路。

五、实验课题内容及要求

1.熟悉掌握CCD的基本工作原理。

2.用DM99型CCD测径实验仪准确测量多个物体的直径。

（1）正确连线，仔细调节仪器，熟悉CCDDIA软件操作，使在软件主界面有待测物体直径的下凹区域。

（2）以二次定标法（任选幅度切割法或梯度法）对两个直径为L1和L2的标准物定标，求出K值和b值（系统误差），然后测量待测物直径Lx，测5次求平均值。

（3）采用分段二次定标法，求出各段（0.8～1.2，1.2～1.5，1.5～2.0mm）的K和b，然后测量待测物直径Lx，测5次求平均值。作出误差分布曲线，观察多种平滑处理方式对测量显示值的影响。

（4）在幅度切割法边界提取方式时，平行光光强I变化对测量结果有一定的影响。光强可用A/D变换后某个CCD像元的幅值表示，单位为V。要求改变光强I，在不同光强下测量直径L，给出I-L关系曲线。

3.用LM99PC型CCD多道光强分布测量系统测量单缝夫琅禾费衍射。

（1）正确连线，调整光路，尽可能将激光器、减光器、缝、CCD光强仪调整为等高共轴，并尽可能满足夫琅禾费衍射条件，熟悉CCDWIN5.0版软件操作。

（2）测量0级、±1级和±2级衍射亮纹和暗纹的X（ch）值、Y（A/D）值（在局部视窗中）以及光栅片到CCD光敏元面的水平距离。

六、实验结题报告及论文

1.报告实验课题研究目的。

2.介绍实验基本原理和实验方法。

3.介绍实验所用仪器装置及其操作步骤。

4.对实验数据按照课题内容与要求进行处理和计算。

（1）计算二次定标和分段二次定标法所得的K，b值以及待测物体直径Lx。

（2）作出光强I与所测直径L的关系曲线。

（3）在单缝衍射中，计算0级和±1级衍射亮纹和暗纹的衍射角θ以及相对光强I/I0，并与理论值比较，计算并分析误差。

5.报告通过本实验所得收获并提出自己的意见。

实 验 指 导

一、实验原理

1.电荷耦合器件的基本原理

电荷耦合器件（charge coupled device，CCD）主要功能是把光学图像转换为电信号。了解其基本原理主要是了解信号电荷的产生、存储、传输与检测。CCD有两种基本类型，一是电荷包存储在半导体与绝缘层之间的界面并沿界面传输，这类器件称为表面沟道CCD，简称SCCD；二是电荷包存储在离半导体表面一定深度的体内，并在半导体体内沿一定方向传输，这类器件称为体沟道或埋沟道器件，简称BCCD。

下面以SCCD为例来说明CCD工作原理。

1）电荷存储

对于SCCD，构成CCD的基本单元是MOS（金属—氧化物—半导体）结构，如图1（a）所示，在栅极施加正偏压UG之前p型半导体中空穴（多数载流子）的分布是均匀的，当栅极施加正偏压UG（此时UG小于p型半导体的阈值电压Uth）后，空穴被排斥，产生耗尽区。如图1（b）所示，偏压继续增加，耗尽区将进一步向半导体内延伸，当UG＞Uth时，半导体与绝缘体界面上的电势（常称为表面势）用ФS表示，变得如此之高，以至于将半导体内的电子（少数载流子）吸引到表面形成一层极薄的约10-2μm，但电荷浓度很高的反型层，如图1（c）所示。反型层电荷的存在表明了MOS结构存储电荷的功能。

图1 CCD栅极电压变化对耗尽区的影响

然而，当栅极电压由零突变到高于阈值电压时，轻掺杂半导体中的少数载流子很少，不能立即建立反型层，在不存在反型层的情况下，耗尽区将进一步向体内延伸，而且栅极和衬底之间的绝大部分电压降落在耗尽区上，表面势与栅极电压为近似的正比关系，因此UG越大，势阱越深，如图2（a）所示。由于表面势与反型层电荷密度成反比，如果随后可以获得信号电荷（少数载流子）时，它们便聚集在界面，使电荷密度上升，那么耗尽区将收缩，反型层变薄，表面势下降，可称为势阱的填充，如图2（b）所示。当反型层电荷足够多，使势阱被填满时，此时表面势不再束缚多余的电子，电子将产生“溢出”现象。这样，表面势可作为势阱深度的度量。

图2 势阱

2）电荷转移

观察图3CCD中4个彼此靠得很近的电极将有助于理解CCD中势阱及电荷如何从一个位置迁移到另一个位置。假定开始时有一些电荷存储在偏压为10V的第一个电极下面的深势阱里，其他电极上均加有较低电压，例如2V，设图3（a）为零时刻，初始时刻经过t1时刻后各电极上的电压变为图3（b）所示，第一个电极仍保持为10V，第二个电极上的电压由2V变为10V，因为这两个电极靠得很紧，间隔只有几微米，他们各自的对应势阱将合并在一起。原来在第一个电极下的电荷变为这两个电极下势阱所共有，如图3（b）和（c）所示。若此后电极上的电压变为图3（d）所示，第一个电极电压由10V变为2V，第二个电极电压仍为10V，则共有的电荷转移到第二个电极下面的势阱中，如图3（e）所示。由此可见，深势阱及电荷包向右移动了一个位置。通过将一定规则变化的电压加到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。通常把CCD电极分为几组，每一组称为一相，并施加同样的时钟脉冲，CCD的内部结构决定了使其正常工作所需要的相数。图3所示的结构需要三相时钟脉冲，其波形图如图3（f）所示。这样的CCD称为三相CCD。

三相CCD的电荷耦合传输方式必须在三相交叠脉冲的作用下，才能以一定的方向逐单元地转移。

另外，必须强调指出CCD电极间隙必须很小，电荷才能不受阻碍地从一个电极下转移到相邻电极下。这对图3所示的电极结构是一个关键问题，如果电极间隙比较大，两相邻电极间的势阱将被势垒隔开，不能合并，电荷也不能从一个电极向另一个电极完全转移，CCD便不能在外部脉冲作用下正常工作。能够产生完全耦合条件的最大间隙一般由具体电极结构、表面态密度等因素决定。理论计算和实验证实，为了不使电极间隙下方界面处出现阻碍电荷转移的势垒，间隙的长度应小于3μm，这大致是同样条件下半导体表面深耗尽区宽度的尺寸，当然如果氧化层厚度、表面态密度不同，结果也会不同，但对绝大多数CCD，1μm的间隙长度是足够小的。

图3 三相CCD中电荷转移过程

以电子为信号的CCD称为n型沟道CCD，简称为n型CCD。而以空穴为信号电荷的CCD称为p型沟道CCD，简称为p型CCD。由于电子的迁移率（单位场强下的运动速度）远大于空穴的迁移率，因此n型CCD比p型CCD的工作频率高得多。

3）电荷的注入

在CCD中电荷注入的方法有很多，归纳起来可分为光注入和电注入两类。在CCD实时在线非接触式线径测量系统中使用的电荷注入方式是光注入。当光照射到CCD硅片上时，在栅极附近的半导体体内产生电子—空穴，对其多数载流子被栅极电压排开，少数载流子则被收集在势阱中形成信号电荷。光注入后，势阱中光生信号电荷（Q）可表示为

Q=ηqΔneoATC（1）

式中，η为材料的量子效率，q为电子电荷量，Δneo为入射光的光子流速率，A为光敏单元的受光面积，TC为光注入时间。

由式（1）可以看出，当CCD确定以后，q及A均为常数，注入到势阱中的信号电荷Q与入射光子流速率Δneo及注入时间TC成正比。注入时间TC由CCD驱动器的转移脉冲的周期TSH决定。当所设计的驱动器能够保证其注入时间稳定不变时，注入到CCD势阱中的信号电荷只与入射光辐射光子流速率Δneo成正比。若光源为单色光，则注入的信号电荷量Q与单色光源的光谱辐射通量成线形关系。该线性关系就是应用CCD器件检测光谱强度和进行多通道光谱分析的理论基础。

2.CCD器件应用之一:一维尺寸的测量

CCD器件用于尺寸测量是一种非常有效的非接触测量技术。具有灵敏度高、动态范围大、性能稳定、工作可靠、几何失真小、抗干扰能力强、便于计算机处理等优点，在工业生产中得到了广泛应用，诸如冶金部门中各种管、线、带材轧制过程中的尺寸测量，光纤及纤维制造中丝径尺寸测量、控制机械产品尺寸测量、分类等。下面讨论几种尺寸测量方法的原理。

1）平行光投影法

当一束平行光透过待测目标投射到CCD器件上时，由于目标的存在，目标的阴影将同时投射到CCD器件上，在CCD器件输出信号上形成一个凹陷，如图4所示。

图4 平行光投影及输出信号波形

如果平行光准直度很理想，阴影的尺寸就代表了待测目标尺寸，只要统计出阴影部分的CCD像元个数，像元个数与像元尺寸的乘积就代表了目标的尺寸。

测量精度取决于平行光的准直程度和CCD像元尺寸的大小。对DM99测径实验仪使用的5430位像元CCD器件，像元之间的中心距为7μm，像元尺寸也为7μm。平行光源要做得十分理想受成本、体积等方面的限制，在实际应用中常通过计算机处理，对测量值进行修正，以提高测量精度。

2）光学成像法

被测物经透镜在CCD上成像，像尺寸将与被测物尺寸成一定的比例。设T为像尺寸，K为比例系数，则被测物的尺寸S可由S=KT来表示，K表示每个像元所代表的物方尺寸的当量，它与光学系统的放大倍率、CCD像元尺寸等因素有关。T对应于像尺寸所占的像元数与像元尺寸的乘积。如图5所示。

图5 成像法测径及信号波形

对于一个已选定的CCD器件，可以采用不同的光学成像系统来达到测量不同尺寸的目的，如用照相物镜来测较大物体尺寸（像是缩小的）；用显微物镜来测细小物体尺寸（像是放大的）。

光学系统担负着传递目标光学信息的作用，对CCD成像质量有着十分重要的意义。在高精度测量中，要求光学系统的相对几何畸变小于0.03%，这种大像场、高精度要求是一般工业摄像系统达不到的。所以一个高精度的线阵CCD摄像系统，必须配置一个专用的大像场和小畸变的光学系统。

DM99测径实验仪使用的是一个普通的显微物镜，存在着一定的几何失真。所以测量时必须分段进行修正。

3）测量系统参数标定

当系统的工作距离确定了之后，为了从目标像所占有的像元数N来确定目标的实际尺寸，需要事先对系统进行标定。标定的方法是:先把一个已知尺寸为Lp的标准模块放在被测目标位置，然后通过计数脉冲，得到该模块的像所占有的CCD像元数Np，从K=Lp/Np可以得到系统的脉冲当量值， K值表示一个像元实际所对应的目标空间尺寸的当量。然后再把被测目标Lx置于该位置，测出对应的脉冲计数Nx，由Lx=KNx可以算出Lx值。这就是一次定标。

通常可以把K值存入计算机中，在对目标进行连续测量时，可以通过软件计算出目标的实际尺寸。这种标定方法简单，但测量精度不高，因为还存在着系统误差的影响。

为了在实测值中去掉系统误差，可以采用二次标定法来确定系统的显示数当量值K。实验表明，被测物体的实际尺寸Lx和对应像元脉冲数Nx之间有Lx=KNx+b，b就是测量值中的系统误差，通过两次标定就可以确定K，b值。其方法是:先在被测位置上放置一已知尺寸为L1的标准块，通过计数电路得到相应的脉冲数N1，然后再换上另一个已知尺寸为L2的标准块，再得到对应的计数脉冲N2，将L1，L2，N1，N2代入Lx=KNx+b可以算得

K=（L2-L1）/（N2-N1）（2）

b=L1-KN1

显然，b值代表实际值与测量值之差，这是由系统产生的测量误差。

采用二次标定法所得到的K值和b值，消除了系统误差对测量精度的影响，因而普遍适用于一般工业测量系统。对于在线动态尺寸测量，还需要根据实际状态采用计算机校正方法来提高测量精度。

在实际应用中，往往采用分段二次标定方法，将一个测量范围分成若干段，对每一个小段用标准块进行标定，分段越多，标定越精确。用标定值对测量值进行修正，大大提高了测量精度，同时也降低了对光学系统的要求。

4）物体边界提取

（1）幅度切割法。

在光电图像测量中，为了实现被测目标尺寸量的精确测量，首先应解决的问题是物体边界信号的提取和处理。从图像信号中提取边界信号最常用的方法是二值化电平切割法，利用目标和背景的亮度差别，用电压比较器对图像信号限幅切割，加大信号电压与背景电压的“反差”，使对应于目标和背景的信号具有“0”，“1”特征的信号，然后交与计算机处理。也可以用软件方法实现这一功能，将每个像元信号先经过A/D转换成数字化的灰度等级，确定一个数字化的阈值，高于阈值部分输出高电平，低于阈值部分输出低电平，达到了物体边界提取的目的。

二值化处理的重要问题是阈值如何确定。由于衍射、噪声、环境杂光等影响，CCD输出的边界信号存在一个过渡区，如何选取阈值是影响测量精度的重要因素，并且，阈值的选取应随环境光和光源的变化而变化。因此，这种方法对环境和光源的稳定性有较高的要求，实际使用上有一定的局限性。但是如果设计得好，可以利用“像元细分”技术来大大提高仪器的分辨率。

（2）像元细分。

每一种CCD器件的光敏元尺寸大小和相邻两像元间的尺寸（空间分辨率）是一定的，DM99测径仪上所用CCD的空间分辨为7μm，如不采取其他措施，则测径精度只能为7μm，不能再高了。在CCD前加一个光学系统，就能改变测径仪的分辨率。同样，在CCD后，通过一个“像元细分”（线性内插）电路，也能提高测径仪的分辨率，其原理与做法如图6所示。

图6 像元细分

一条阈值线与“浴盆”状波形梯形前沿和后沿相交于M1和M2点，一般来说M1（M2）点数据（即阈值）落在两相邻单元数据之间，而不会与哪一个单元数据完全相等，这就是说M1（M2）点所对应的地址号不是一个整数。采用下式可求出M1点所对应的单丝影像在RAM中的起始地址（地址号带小数）:

ADD（M1）=A1-（VS-V21）/（V11-V21）（3）

式中，A1为邻近M1点下一个单元地址，V21为该单元的值，V11为邻近M1点前一个单元（A1-1）的值，VS为阈值电平。同理，单丝影像结束地址为

ADD（M2）=A2-（V12-VS）/（V12-V22）（4）

式中，A2为邻近M2点下一个单元地址，V12为该单元的值，V22为邻近M2点前一个单元（A2-1）的值。采用像元细分技术，可以达到若干分之一的像元分辨率。

（3）梯度法。

CCD输出的目标边界信号是一种混有噪声的类似斜坡的曲线，由于边缘和噪声在空间域上都表现为灰度较大的起落，即在频率域中都为高频分量，给实际边缘的定位带来了困难。利用计算机的强大运算能力，先对CCD输出的经A/D转换后的数字化的灰度信号进行搜索，找出斜坡段，然后对斜坡段数据作平滑处理，再对处理后的数据求梯度，找出图像斜坡上梯度值最大点的位置，该点的位置就定为边缘点的位置（见图7）。利用该方法可以将边缘精确地定位在CCD的一个像元上，并有较强的抗干扰能力。

图7 梯度法算法原理

3.CCD器件的应用之二:光谱图形和光强分布的测量

由于CCD器件光谱响应范围广，灵敏度高，因此对于光谱图形、干涉、衍射花样的光强分布测量，以CCD器件为核心构成的各种光学测量仪器完全可以取代照相干版法和测量望远镜或丝杠带动光电池。本实验中仅分析用CCD器件完成光的单缝衍射实验原理。

光的衍射现象是光的波动性的一种表现，可分为菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射两类。菲涅耳衍射是近场衍射，夫琅禾费衍射是远场衍射，又称平行光衍射（见图8）。将单色点光源放置在透镜L1的前焦面，经透镜后的光束成为平行光垂直照射在单缝AB上，按惠更斯——菲涅耳原理，位于狭缝的波阵面上的每一点都可以看成一个新的子波源，他们向各个方向发射球面子波，这些子波相叠加经透镜L2会聚后，在L2的后焦面上形成明暗相间的衍射条纹，其光强分布规律为

式中，，a为单缝宽度，θ为衍射角，λ为入射光波长。

图8 单缝衍射

图9 单缝衍射相对光强分布

如图9所示，由式（5）可见:

（1）当θ=0时，Iθ=I0，为中央主极大的强度，光强最强，绝大部分的光能都落在中央明纹上。

（3）从式（6）可见，当K=±1时，为主极大两侧第一级暗条纹的衍射角，由此决定了中央明纹的宽度，所，其余各级明纹角宽度以中央明纹宽度是其他各级明纹宽度的两倍。

（4）除中央主极大在外，相邻两暗纹级间存在着一些次级大，这些次级大的位置可以从对式（5）求导并使之等于零而得到，如表1所示。

表1 单缝衍射级数与相对光强对照表

二、仪器使用说明

1.DM99型CCD测径实验仪

DM99CCD测径实验仪的外形结构如图10所示。

图10 测径仪结构

1-CCD采集盒 2-显微镜座 3-显微物镜 4-测量架 5-半导体平行光源 6-光源亮度调节 7-平行光源升降调节

CCD采集盒的光敏元尺寸为7μm×7μm，共有5360个光敏元（像元）。光源采用半导体激光器（红光），它的波长正好落在CCD的光谱响应最敏感区。

测量前需要调焦及光路调整。使用时，将平行光源盒上的电源打开，调节旋钮，使光强适中。在屏幕上看到的波形最高点在屏的顶部，并留有较多的起伏毛刺为较合适；如波形顶部很整齐则表示平行光源太强，需调小一些。

调焦:在测量架上放置一个待测物，前后调节显微物镜与测量物间的距离（即调焦），在屏幕上观察调焦效果。把主视窗上的一个蓝色选择框拖到曲线的边缘处，局部视窗显示出曲线边缘的精细结构。边缘越陡直，像元点越少即调焦越正确。调焦完成后就可以开始测量。

光路调整:仪器出厂时已将光学几何关系调好，一般不须再作调节，如为了训练学生的动手能力，或为了恢复因运输过程造成的失调，可作如下调整。光路上下对准调节。松开显微镜侧面的一颗锁紧螺丝，将CCD采集盒和连接筒一并拔出；在原CCD采集盒处放置一张白纸；松开平行光源底部的一颗锁紧螺丝（须用一字形螺丝刀），缓缓升降平行光源，观察白纸上的被测物的像，应基本处于光斑中部，如图11所示，然后重新锁紧螺丝，但不要锁死。

图11 上下光斑位置

图12 左右光斑位置

光路左右对准调节，把CCD采集盒重新装入显微镜座上，观察屏幕上波形曲线凹陷处（被测物的像）的底部应平整，不能有大的起伏（见图12）。可缓缓左右转动平行光源，使曲线最好，然后锁死平行光源底部的螺丝。

放大倍率调整:DM99测径仪上配的显微物镜为3x，但与CCD感光面到显微物镜间的距离有关，改变这个距离，也就改变了放大倍数。

基线调整:CCD没有受到光照部分输出的曲线称为“基线”。由于振动或温度变化等原因，“基线”有时会显得太高或太低，可作如下调节，点击“数据处理”菜单，选中“禁止自动寻找测径范围”开关选项，然后找到CCD采集盒背面下方一个小孔，用钟表起子缓缓细心地调节里面的一只小电位器，见到基线位置合适时即可。再返回“数据处理”菜单，关闭“禁止自动寻找测径范围”开关选项，进入正常测径程序。

2.LM99PC型CCD多道光强分布测量系统

LM99PC型CCD多道光强分布测量系统整体结构如图13所示。

图13 LM99PC安装图

1-计算机中的采集卡 2-LM601-CCD光强仪 3-组合光栅架 4-连续减光器 5-激光器

一套完整的LM99PC由光具座、激光器、连续减光器、组合光栅、LM601 CCD光强分布测量仪和CCD采集卡，外加一套计算机组成。

其核心是线阵CCD器件。CCD器件是一种可以电扫描的光电二极管列阵，有面阵（二维）和线阵（一维）之分。LM601CCD光强仪所用的是线阵CCD器件，性能参数如表2所示。LM601CCD光强仪机壳尺寸为150mm× 100mm×50mm，CCD器件的光敏面至光强仪前面板距离为4.5mm。

表2 LM601CCD性能参数

LM601CCD光强仪后面板各插孔标记含义如下，波形如图14所示。

图14 CCD光强仪后面板各插孔输出波形

“示波器／微机”：当光强仪配接的是CCD数显示波器或通用示波器时，将此开关打在“示波器”位置，“同步”脉冲频率为50Hz；当配接的是按装有CCD采集卡的微机系统时，把开关打在“微机”位置，“同步”脉冲频率为1～5Hz，“采样”脉冲频率为10～15k Hz。

“同步”：启动CCD器件扫描的触发脉冲，主要供示波器X轴外同步触发和采集卡同步用。“同步”的含意是“同步扫描”。接红色插头电缆线。

“采样”：每一个脉冲对应于一个光电二极管，脉冲的前沿时刻表示外接设备可以读取光电管的光电压值，“采样”信号是供CCD采集卡“采样”同步和供CCD数显示波器作X位置计数。此脉冲也可作为几何形状测量时的计数脉冲。接黄色插头电缆线。

“信号”：CCD器件接受的空间光强分布信号的模拟电压输出端，接蓝色插头电缆线。

“同步”、“采样”和“信号”三者所接的电缆线合为一个DB15插头，连至CCD采集卡。

小功率的半导体激光器作为光源；连续减光器由两片偏振膜组成，一片固定，作起偏器；另一片可360°旋转，作检偏器，达到连续减光的目的。组合光栅由光栅片和二维调节架构成，如图15所示，光栅片上有7组图形，如图16所示。a为缝宽，d为缝中心的间距与缝宽的比值。

图15 组合光栅

使用中有几点需要注意:

（1）LM601CCD光强仪有很高的光电灵敏度，需在暗环境中使用，在一般室内光照条件下，已趋饱和，在CCDWIN软件上显示出的采集曲线为全高；在没有暗室的情况下，可以在LM601CCD光强仪和组合光栅架之间架设一个遮光筒（例如两端开口的封闭纸盒）。

（2）单缝与CCD光强仪之间的距离Z应尽可能满足远场条件（Z≫a2/8λ，a为缝宽）。

图16 光栅

（3）扫描基线（0信号光强）的位置调节:将LM601CCD光强仪的采光窗口遮住，使窗口无法接受到任何光线，扫描基线应在屏幕上呈现为一条近似的平直线，它的位置约在满幅度的10%左右，如果不在，可在程序运行中微调CCD采集卡上的电位器来解决。扫描基线（0信号光强）的位置对实验影响不大，正确的位置有利于得到漂亮的采集曲线。

（4）如果采集到的曲线出现了“削顶”，则有两种可能:一是CCD器件饱和，说明信号光过强（注意:不是环境光过强），这时可以调节连续减光器，或者减小激光器的功率；二是软件中选项里的增益参数调得太大，应使之减小。

（5）一般的衍射花样是一种对称图形。但有时采集到的图形左右不对称，这主要是各光学元件的几何关系没有调好引起的。实验时，应①调节单缝的平面与激光束垂直。检查方法是，观察从缝上反射回来的衍射光，应在激光出射孔附近。②调节组合光栅架上的俯仰或水平调节手轮，使缝与光强仪采光窗的水平方向垂直（或调节光强仪）。

（6）如果光强曲线幅值涨落或突跳，是激光器输出功率不稳造成的，常发生在用He-Ne激光器时，如采用半导体激光器就不会有这种情况。

（7）如果单缝衍射曲线主极大顶部出现凹陷，常发生在使用质量欠佳的玻璃基板的单缝时，主要是单缝的黑度不够，有漏光现象。如将衍射光直接投射到屏上，可观察到主极大中间有一道黑斑。

（8）如果曲线不圆滑漂亮，应将衍射光直接投射到屏上，如发现衍射花样很乱，边缘不清晰，可能是缝的边缘不直或刀口上有尘埃。再一个原因是CCD光强仪采光窗上有尘埃，可左右移动光强仪，寻找较好的工作区间。