CN107065442A - 一种激光直写的数据处理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光直写的数据处理系统，所述系统包括主机、从机、数据处理模块和空间光调制器；所述数据处理模块由数据接收单元、数据处理单元、数据存储单元和数字光处理芯片组构成；所述数字光处理芯片组包括数字光处理芯片、程序存储芯片和图像传输芯片；所述主机和所述从机之间以及所述从机和所述数据处理模块之间通过数据传输线相连；所述数据处理模块和空间光调制器间通过数据排线相连。本发明还公开了利用所述系统进行数据处理的方法。本发明的数据处理系统相对于现有的激光直写数据处理系统精简光纤传输板，减少数据传输节点，缩短数据链路，系统集成度高，处理过程简洁，便于维护；组件间数据传输量小；成本低。

Description

一种激光直写的数据处理方法及系统
技术领域
本发明涉及激光直写技术领域，具体涉及一种激光直写成像的数据处理方法及系统。
背景技术
激光直接成像技术(laser direct imaging，简称LDI)也称为激光直写，是近年来发展起来的一种用于印刷电路板(PCB)曝光工序的技术。传统的曝光工序是通过汞灯照射菲林将图像转移至PCB上，而LDI则是将矢量图形转换成生产需要的分辨率的位图后通过DMD投射到PCB上的无掩膜曝光系统。相比较传统的曝光技术，LDI曝光过程不需要菲林，有效降低了成本，且工序简单、图像精度高，可适应更精细的图形曝光，也有利于提升PCB生产的良率。
典型的LDI系统中，空间光调制器(SLM)由数据处理板(DPB)驱动，在光源的照射的作用下，在基底上投射不同的图案。SLM通过对光的反射或折射，根据版图中的图形位置和当前运动系统的位置，由DPB根据接收到的主机发送的版图数据实时生成曝光需要的光学图案并驱动SLM以完成曝光任务。
其中，LDI的主要核心部件是空间光调制器(SLM)，数字微镜器件(DMD)是SLM中常用的一种。DMD的每秒种图像刷新率可高达32KHZ，更高者可达48KHZ，即每秒种需要DPB提供32000张单色图像或48000张单色图像。而这样庞大的数据都是通过主机进行的有效的数据通讯和处理配合其他合理的系统组件达到目的。按每秒图像刷新率32KHZ，图像大小1920X672行计算，则每秒DPB向DMD提供的数据量约5.16GB，巨大的数据量，对参与数据处理的每个环节提出了非常高的要求，合理的系统结构至关重要。
现有的LDI系统中，主机和DPB之间多设有从机和光纤传输板，这种系统结构组件间数据传输量极大，且数据链路长，故障点多，成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光直写的数据处理方法及系统，能够满足激光直写过程中处理巨大数据量的需求，且系统结构简单合理。
本发明的技术方案如下：
一种激光直写的数据处理系统，所述系统包括主机、从机、数据处理模块和空间光调制器(SLM)；所述数据处理模块由数据接收单元、数据处理单元、数据存储单元和数字光处理(DLP)芯片组构成；所述DLP芯片组包括DLP芯片、程序存储芯片和图像传输芯片；所述主机和所述从机之间以及所述从机和所述数据处理模块之间通过数据传输线相连；所述数据处理模块和SLM间通过数据排线相连。
进一步地，所述SLM是数字微镜器件(DMD)。
进一步地，所述数据接收单元是千兆网口或万兆网口。
进一步地，所述数据处理单元是现场可编程门阵列(FPGA)。
进一步地，所述数据存储单元是双倍速率同步动态随机存储器(DDR)。
进一步地，所述程序存储芯片是闪存芯片(FLASH)。
进一步地，所述图像传输芯片是现场可编程门阵列(FPGA)。
进一步地，所述数据传输线是千兆网线或万兆网线。
本发明还提供一种应用上述的数据处理系统进行数据处理的方法，包括如下步骤：
读取文件步骤，所述主机读取版图文件，获取完整版图的矢量图；
条带切割步骤，所述主机将所述完整版图的矢量图按条带参数进行条带切割得到条带矢量图，然后向所述从机输出所述条带矢量图；
多边形优化处理步骤，所述从机对所述主机传输的所述条带矢量图进行多边形优化处理获得经过优化的条带矢量图，然后向所述数据处理模块输出所述的经过优化的条带矢量图；
栅格化步骤，所述数据处理模块对接收的所述经过优化的条带矢量图进行栅格化处理获取水平条带位图；
位图错切处理步骤，所述数据处理模块对所述的水平条带位图进行位图错切处理得到倾斜条带位图；
帧化处理步骤，所述数据处理模块对所述倾斜条带位图进行帧化处理得到可以直接被空间光调制器应用的帧图像；
传帧图像步骤，所述数据处理模块将所述帧图像输送至所述空间光调制器；
图像显示步骤，所述空间光调制器对接收的所述帧图像进行输出显示。
进一步地，所述读取文件步骤和所述条带切割步骤之间还有对位处理步骤；所述对位处理步骤是由所述主机对所述完整版图的矢量图进行旋转、缩放和平移处理。
本发明具有如下有益效果：
本发明的数据处理系统相对于现有的激光直写数据处理系统精简了光纤传输板这一组件，减少了数据传输的节点，缩短了数据链路，系统集成度提高，处理过程更简洁；精简光纤传输板也消除了一个可能的故障点，减少了发生故障后排查故障的工作量，便于维护；精简光纤传输板还有利于降低成本。
本发明的数据处理系统相对于现有的激光直写数据处理系统精简了从机和光纤传输板，减少数据传输的节点，缩短数据链路，系统高度集成，处理过程简洁；本发明的数据处理系统维护便捷(消除了两个可能的故障点，也减少了发生故障后排查故障的工作量)；无从机和光纤传输板的设计还有利于降低成本。
附图说明
图1是现有的激光直写数据处理系统的系统结构图，其中，箭头方向标示数据传输方向；
图2是应用现有的激光直写数据处理系统进行数据处理的流程图；
图3是应用现有的激光直写数据处理系统进行数据处理的流程图(分组件)，对不同硬件承担的处理流程进行分组展示；
图4是本发明实施例1中的激光直写数据处理系统的系统结构图，其中，箭头方向标示数据传输方向；
图5是本发明实施例1中的激光直写数据处理系统中数据处理模块的结构图，其中，箭头方向标示数据传输方向；
图6是本发明实施例1中的激光直写数据处理系统的数据处理模块中DLP芯片组的组成图；
图7是应用本发明实施例1中的激光直写数据处理系统进行数据处理的流程图；
图8是应用本发明实施例1中的激光直写数据处理系统进行数据处理的流程图(分组件)，对不同硬件承担的处理流程进行分组展示。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
附图1给出了现有的激光直写数据处理系统的系统结构图。如附图1所示，现有的激光直写数据处理系统一般包括主机、从机、光纤传输板、数据处理模块和DMD。其处理过程为：读取文件——对位处理——条带切割——栅格化——条带位图传输——条带位图接收——位图错切处理——帧化处理——传帧图像——图像显示，如附图2所示。其中，主机执行读取文件、对位处理和条带切割的步骤，从机执行栅格化的步骤，光纤传输板执行条带位图传输的步骤，数据处理模块执行位图错切处理、帧化处理和传帧图像的步骤，DMD执行图像显示的步骤，如附图3所示。
现有的激光直写数据处理系统存在以下缺点：系统各组件间数据传输量极大，且数据链路长，故障点多，成本高。
本发明提供一种激光直写的数据处理系统，所述系统精简了光纤传输板，由主机、从机、数据处理模块和SLM组成；所述数据处理模块由数据接收单元、数据处理单元、数据存储单元和DLP芯片组构成；所述DLP芯片组包括DLP芯片、程序存储芯片和图像传输芯片；所述主机和所述从机之间以及所述从机和所述数据处理模块之间通过数据传输线相连；所述数据处理模块和SLM间通过数据排线相连。
以下是本发明的具体实施例。
实施例1
本实施例提供一种激光直写的数据处理系统，如附图4所示，该系统包括主机、从机、数据处理模块和DMD。其中，数据处理模块由数据接收单元、FPGA V6、DDR和DLP芯片组构成(参见附图5)；DLP芯片组又包括两个DLP芯片、一个FLASH芯片和一个FPGA V5芯片(参见附图6)。
主机和从机一般可以是PC机、各种服务器或各种工控机。通过搭载软件系统，主机和从机可以进行相应的数据处理。
数据处理模块主要负责将矢量图转化为DMD可以直接应用的帧图像。本实施例中的数据接收单元是千兆网口，其接收的数据传输至DDR存储，FPGA V6调用DDR中的数据并对数据进行必要处理，然后输送至DLP芯片组，由DLP芯片组将数据传输至DMD。DLP芯片组中，DLP芯片进行逻辑处理，FLASH芯片则存储DLP芯片的执行程序，而FPGA V5芯片负责将处理得到的帧图像输送至DMD。
DMD用于图像显示，DMD在光源的作用下，向基底上投射接收的帧图像。本实施例中的DMD是由德州仪器(TI)生产的。
其中，主机和从机之间以及从机和数据处理模块之间通过数据传输线相连，数据传输线一般是千兆或万兆网线，其传输速率相应可达1Gbps或10Gbps。
其中，数据处理模块和DMD间通过数据排线相连。
对比附图1和4，可以看出，本实施例的激光直写的数据处理系统相比现有的激光直写数据处理系统精简了光纤传输板，系统结构简化；精简光纤传输板也有利于降低成本。同时，现有的激光直写数据处理系统的光纤传输板和从机之间多采用PCI-E接口，本发明中各系统组件之间大多采用网线连接，有利于系统兼容性的提高。
实施例2
本实施例提供一种应用实施例1中激光直写的数据处理系统进行数据处理的方法，如图7所示，该数据处理方法包括如下步骤：
在读取文件步骤S1中，主机通过软件系统读取版图文件，获取完整版图的矢量图；版图的格式可以是PDF、GDSII、GERBER、ODB++、DWG或DPF等。
在对位处理步骤S2中，主机通过软件系统对步骤S1获取的完整版图的矢量图进行旋转、缩放和平移处理。对位处理的目的是保证用于移动版图的运动机构对版图的控制走位可以与已经存在于基底上的图案很好吻合；如果基底上没有已经存在的图案，则对位处理步骤可以省略。
在条带切割步骤S3中，主机通过软件系统将步骤S2处理完成的完整版图的矢量图按照条带参数进行条带切割，得到条带矢量图，然后向从机输出所述条带矢量图。条带切割的必要性在于：对于精确计算后的系统来说，每个DMD扫描区域是相对于整个版图来说是已知的，但扫描时只能使用栅格化后的位图，所以必须要对完成对位处理的矢量图进行条带化处理，节取出每个条带的矢量图。
在多边形优化处理步骤S4中，从机对主机传输的条带矢量图进行多边形优化处理获得经过优化的条带矢量图，然后向数据处理模块输出经过优化的条带矢量图。多边形优化处理的目的是将FPGA难以填充的多边形变换成易于填充的形式。多边形优化的结果可能是凸多边形，极端情况下是三角形，也可以是单方向凸多边形（如在扫描线填充方向上是凸的）。
在栅格化步骤S5中，FPGA V6对接收的经过优化的条带矢量图进行栅格化处理获取水平条带位图；
在位图错切处理步骤S6中，FPGA V6对水平条带位图进行位图错切处理得到倾斜条带位图。位图错切的目的是为了满足倾斜式扫描的需要，将没有倾斜的位图变换成倾斜的位图，以便于进行帧数据生成。
在帧化处理步骤S7中，FPGA V6对倾斜条带位图进行帧化处理得到可以直接被DMD应用的帧图像，并传输至DLP芯片组。条带位图本身是连续的，无法直接被DMD应用，因此需要将其转化成若干帧图像。
在传帧图像步骤S8中，DLP芯片组经过处理，最终由FPGA V5将帧图像输送至DMD。
在图像显示步骤S9中，DMD对接收的所述帧图像进行输出显示。输出显示的过程是在入射光的作用下，DMD向基底投影。
由附图8可以看出，本实施例的数据处理方法中，主机执行读取文件、对位处理和条带切割的步骤，从机执行多边形优化处理的步骤，处理过程的几个重点步骤——栅格化、位图错切处理、帧化处理和传帧图像均由数据处理模块执行。
表1是对上述处理方法的总结，分别给出了每个处理步骤的输入、输出、处理单元、输出对象和输出方式的信息。
表1 实施例2中激光直写数据处理方法各步骤特性参数
对比附图3和8，由于精简了光纤传输板这一组件，本发明的数据处理系统相对于现有的激光直写数据处理系统减少了数据传输的节点，缩短了数据链路，系统集成度提高，处理过程也更简洁；精简光纤传输板消除了一个可能的故障点，减少了发生故障后排查故障的工作量，更加便于维护。
此外，现有的激光直写数据处理系统中数据处理功能由各个组件相对平均地承担，主机、从机、数据处理板分别执行较为关键的几个数据处理的步骤，组件间数据传输量大；而本发明中的数据处理功能大部分由数据处理板集中承担，如栅格化的步骤，原先由从机完成，本发明中则由数据处理模块完成，组件间数据传输量大大减少。
以上应用具体实施例对本发明的技术方案进行了详细阐述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。同时，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种激光直写的数据处理系统，其特征在于：所述系统包括主机、从机、数据处理模块和空间光调制器；所述数据处理模块由数据接收单元、数据处理单元、数据存储单元和数字光处理芯片组构成；所述数字光处理芯片组包括数字光处理芯片、程序存储芯片和图像传输芯片；所述主机和所述从机之间以及所述从机和所述数据处理模块之间通过数据传输线相连；所述数据处理模块和空间光调制器间通过数据排线相连。
2.根据权利要求1所述的一种激光直写的数据处理系统，其特征在于：所述空间光调制器是数字微镜器件。
3.根据权利要求1所述的一种激光直写的数据处理系统，其特征在于：所述数据接收单元是千兆网口或万兆网口。
4.根据权利要求1所述的一种激光直写的数据处理系统，其特征在于：所述数据处理单元是现场可编程门阵列。
5.根据权利要求1所述的一种激光直写的数据处理系统，其特征在于：所述数据存储单元是双倍速率同步动态随机存储器。
6.根据权利要求1所述的一种激光直写的数据处理系统，其特征在于：所述程序存储芯片是闪存芯片。
7.根据权利要求1所述的一种激光直写的数据处理系统，其特征在于：所述图像传输芯片是现场可编程门阵列。
8.根据权利要求1所述的一种激光直写的数据处理系统，其特征在于：所述数据传输线是千兆网线或万兆网线。
9.一种应用如权利要求1所述的激光直写的数据处理系统进行数据处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：
读取文件步骤，所述主机读取版图文件，获取完整版图的矢量图；
条带切割步骤，所述主机将所述完整版图的矢量图按照条带参数进行条带切割得到条带矢量图，然后向所述从机输出所述条带矢量图；
多边形优化处理步骤，所述从机对所述主机传输的所述条带矢量图进行多边形优化处理获得经过优化的条带矢量图，然后向所述数据处理模块输出所述的经过优化的条带矢量图；
栅格化步骤，所述数据处理模块对接收的所述经过优化的条带矢量图进行栅格化处理获取水平条带位图；
位图错切处理步骤，所述数据处理模块对所述的水平条带位图进行位图错切处理得到倾斜条带位图；
帧化处理步骤，所述数据处理模块对所述倾斜条带位图进行帧化处理得到可以直接被空间光调制器应用的帧图像；
传帧图像步骤，所述数据处理模块将所述帧图像输送至所述空间光调制器；
图像显示步骤，所述空间光调制器对接收的所述帧图像进行输出显示。
10.根据权利要求9所述的一种应用如权利要求1所述的激光直写的数据处理系统进行数据处理的方法，其特征在于：所述读取文件步骤和所述条带切割步骤之间还有对位处理步骤；所述对位处理步骤是由所述主机对所述完整版图的矢量图进行旋转、缩放和平移处理。
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