CN109116686B - 一种dmd多区域激光投影系统及曝光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种DMD多区域激光投影系统及曝光方法，包括DMD控制系统、光学系统、掩膜板、分图系统及运动控制系统，本发明在单个DMD上显示多个曝光图形，配合光学系统，把多个曝光图形映射到掩膜板的不同曝光区域进行曝光，整个系统可以使用单个DMD或多个DMD同时曝光，按此发明的方法曝光可以快速提高曝光整体时间，同时又节约DMD的物料成本。
Description
技术领域：
本发明属于激光直接成像技术领域，具体为一种DMD多区域激光投影系统及曝光方法。
背景技术：
激光直接成像技术是用激光扫描的方法直接将图像在掩膜板上成像，用于pcb工艺及丝网印刷中的曝光工序，曝光后，图像留在掩膜板上，结合后续的工序，完成pcb或丝网制作。该技术核心成像部分由分图系统，DMD(数字微镜元件)控制系统、光学投影系统组成及运动平台控制系统组成。
目前国内该技术第一步是通过分图系统，把需要曝光的原始大图像分成M个小图形，然后把分图数据交由DMD控制系统，使小图像在DMD微镜阵列上显示，第二步是光学系统通过激光照射，镜片反射,涨缩等物理方法，把DMD微镜上图像转移到掩膜板上完成单次曝光，第三步通过运动平台控制系统按一定扫描速率，依次改变图像落在掩膜板的曝光位置，可以实现掩膜板的全部曝光。但由于DMD面积较小，掩膜板尺寸较大，完整曝光一块掩膜板扫描很多次，曝光时间长，同时扫描曝光过程中还需要考虑掩膜板材料感光等因素，DMD微镜阵列也不会完全使用，并且DMD价格昂贵，DMD利用率低。目前国内公司，大多采用多个DMD同时曝光，这样曝光一块掩膜板，平台控制系统运行次数会成倍减少，但是DMD成本会增加，如何即快速又经济的曝光成为激光直接成像领域的一大难题。
发明内容：
针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种DMD多区域激光投影系统及曝光方法。
本发明的一种DMD多区域激光投影系统，包括DMD控制系统、光学系统、掩膜板、分图系统及运动控制系统，所述DMD控制系统包括CPU控制单元和DMD控制电路，所述光学系统包括激光器和光学镜片模块，所述掩膜板包括化学膜和基板，所述运动控制系统由DMD台面、掩膜板台面、电机、导轨、运动平台控制器组成，所述分图系统、DMD控制系统、光学系统及掩膜板依次连接，所述分图系统控制运动平台控制器运动，所述DMD控制系统固定在DMD台面，所述掩膜板固定在掩膜板台面。
本发明的一种DMD多区域激光投影系统的曝光方法，包括以下步骤：
（1）DMD多区域激光投影系统中根据掩膜板尺寸设置R个DMD控制系统，R≥1；
（2）分图系统根据曝光图像原始图形大小、掩膜板物理大小及DMD控制系统的物理参数，把原始图形在X方向分成N个区，在Y方向把每个区分成M组，每个区的第1组数据组合起来，组成第1组分图数据，之后依次是第2组数据组成第2组分图数据，一直到第M组分图数据，分图系统把分图数据从第1-M组依次发送到DMD控制系统；
（3）DMD控制系统的CPU控制单元接收到分图数据后，经过数据转换把数据发送到DMD控制电路，DMD控制电路控制DMD显示系统时序，使DMD微镜阵列同时显示出多个图像区域，把DMD微镜阵列在二维XY平面展示，在Y方向依次显示图像1区图像，图像2区图像，一直到图像N区图像；
（4）光学系统的激光器投射激光到DMD微镜阵列的多个图像区域上面，DMD微镜阵列反射多个图像区域的激光图形到光学系统的镜片模块，光学系统的镜片模块把多个图像区域图像分别映射到掩膜板的不同区域，图像1-N分别被映射到掩膜板的X方向不同区域；
（5）运动控制系统控制掩膜板与映射到掩膜板上的图像在产生相对运动，把一个图像区域从掩膜板的Y方向一侧运动到另一侧，一次扫描可以完成从图像1-N及R*N个条带的曝光。
具体地，所述光学系统由激光器和光学镜片模块组成，激光器产生特定能量大小的激光投射到DMD像素阵列上去，光学镜片模块包含不同方向的镜片，使DMD像素阵列的光经过反射最终到掩膜板上。
具体地，所述掩膜板是由化学膜及基板组成，化学膜均匀地附着在基板表面，当接收到光学系统投射下来的光线时，化学膜感光后自身或与基板表面材料发生化学反应，从而形成曝光后图像。
具体地，所述分图系统首先接收曝光现场的TIFF/Gerber等类型的曝光原始文件，之后把原始文件转换成系统需要的图形数据文件，最终按时序发送给DMD控制系统的CPU控制单元，同时控制运动控制系统的运动平台控制器运动。
本发明的有益效果：本发明的一种DMD多区域激光投影系统及曝光方法在单个DMD上同时显示多个曝光图形，配合光学系统，把多个曝光图形映射到掩膜板的不同曝光区域同时进行曝光，整个系统可以使用单个DMD或多个DMD同时曝光，按此发明的方法曝光可以快速提高曝光整体时间，同时又节约DMD的物料成本。本发明的DMD多区域激光投影系统根据掩膜板尺寸设置R个DMD控制系统，R≥1，每个DMD控制系统单次扫描可同时控制1个或多个曝光区域进行曝光，实现DMD微镜阵列Y方向N个区域图形转换到掩膜板X方向N个区域，N>1，有效扩展了成像面积，目前一套成像系统可实现原来N套成像系统曝光功能。
附图说明：
为了易于说明，本发明由下述的具体实施例及附图作以详细描述。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2-4为本发明的工作原理示意图。
图中：1-DMD控制系统；2-光学系统；3-掩膜板；4-分图系统；5-运动控制系统。
具体实施方式：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1-4所示，本发明的一种DMD多区域激光投影系统及曝光方法，包括DMD控制系统1、光学系统2、掩膜板3、分图系统4及运动控制系统5，DMD控制系统1由负责数据处理的CPU控制单元及DMD控制电路组成，CPU控制单元获取DMD控制系统1的图像数据，经过数据转换，把图像数据发送到DMD控制电路，DMD控制电路负责把图像显示到DMD像素阵列上去。光学系统2主要由激光器，光学镜片模块组成，激光器负责产生特定能量大小的激光，投射到DMD像素阵列上去，光学镜片模块包含不同方向的镜片，可以使DMD像素阵列的光经过反射，最终到掩膜板3上去。掩膜板3是由化学膜及基板组成，化学膜均匀地附着在基板表面，当接收到光学系统2投射下来的光线时，化学膜感光后自身或与基板表面材料发生化学反应，从而形成曝光后图像。分图系统4主要由软件完成，采用C/C++等方法编程，首先接收曝光现场的TIFF/Gerber等类型的曝光原始文件，之后把原始文件转换成系统需要的图形数据文件，最终按时序发送给DMD控制系统1的CPU控制单元部分，同时控制运动平台控制器运动。运动控制系统5主要由DMD台面、掩膜板台面、电机、导轨和运动平台控制器组成，DMD控制系统1被固定到DMD台面，掩膜板3被固定到掩膜板台面，曝光运动平台控制器5接收分图系统4命令，可以在X，Y，Z三个方向控制DMD控制系统1和掩膜板3的相对位移。
本发明的一种DMD多区域激光投影系统的曝光方法，包括以下步骤：
（1）DMD多区域激光投影系统中根据掩膜板3尺寸设置R个DMD控制系统1，R≥1；
（2）分图系统4根据曝光图像原始图形大小，掩膜板4物理大小，及DMD控制系统1的物理参数，把原始图形在X方向分成了N个区，如图2所示，分图系统4按Y方向把每个区分成m组，每个区的第1组数据组合起来，组成第1组分图数据，之后依次是第2组数据组成第2组分图数据，一直到第M组分图数据，分图系统4把分图数据从第1组到第M组依次发送到DMD控制系统1。
（3）CPU控制单元接收到分图数据后，控制DMD控制系统1时序，使DMD控制系统1上显示出多个图像区域，如图3中所示的，把DMD控制系统1在二维XY平面显示，在Y方向，DMD控制系统1依次显示图像1区图像，图像2区图像，一直到图像N区图像。
（4）DMD像素阵列的多个图像区域的经过光学系统2后，被映射到掩膜板3的不同区域。如图4所示，图像1到图像N分别被映射到掩膜板3的X方向不同区域。
（5）运动控制系统5控制掩膜板3与映射到掩膜板3上的图像在产生相对运动，如图4所示，如果把一个图像区域从掩膜板3的Y方向一侧运动到另一侧称为扫描一个条带，单个DMD控制系统1采用此方法，一次扫描可以完成从图像1到图像N即N个条带的曝光，相比未使用该方向的单个DMD控制系统1，提高N倍的曝光效率，系统中根据掩膜板3尺寸设置R个DMD控制系统1，其中的曝光方式采用第1步到第5步描述进行，即可实现单次曝光R*N个条带，可大大缩短曝光时间。
本发明一种DMD多区域激光投影系统及曝光方法，实现DMD微镜阵列Y方向N个区域图形转换到掩膜板X方向N个区域，N>1，有效扩展了成像面积，目前一套成像系统可实现原来N套成像系统曝光功能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种DMD多区域激光投影系统的曝光方法，其特征在于：该系统包括DMD控制系统、光学系统、掩膜板、分图系统及运动控制系统，所述DMD控制系统包括CPU控制单元和DMD控制电路，所述光学系统包括激光器和光学镜片模块，所述掩膜板包括化学膜和基板，所述运动控制系统由DMD台面、掩膜板台面、电机、导轨、运动平台控制器组成，所述分图系统、DMD控制系统、光学系统及掩膜板依次连接，所述分图系统控制运动平台控制器运动，所述DMD控制系统固定在DMD台面，所述掩膜板固定在掩膜板台面，具体包括以下步骤：
(1)DMD多区域激光投影系统中根据掩膜板尺寸设置R个DMD控制系统，R≥1；
(2)分图系统根据曝光图像原始图形大小、掩膜板物理大小及DMD控制系统的物理参数，把原始图形在X方向分成N个区，在Y方向把每个区分成M组，每个区的第1组数据组合起来，组成第1组分图数据，之后依次是第2组数据组成第2组分图数据，一直到第M组分图数据，分图系统把分图数据从第1-M组依次发送到DMD控制系统；
(3)DMD控制系统的CPU控制单元接收到分图数据后，经过数据转换把数据发送到DMD控制电路，DMD控制电路控制DMD显示系统时序，使DMD微镜阵列同时显示出多个图像区域，把DMD微镜阵列在二维XY平面展示，在Y方向依次显示图像1区图像，图像2区图像，一直到图像N区图像；
(4)光学系统的激光器投射激光到DMD微镜阵列的多个图像区域上面，DMD微镜阵列反射多个图像区域的激光图形到光学系统的镜片模块，光学系统的镜片模块把多个图像区域图像分别映射到掩膜板的不同区域，图像1-N分别被映射到掩膜板的X方向不同区域；
(5)运动控制系统控制掩膜板与映射到掩膜板上的图像在产生相对运动，把一个图像区域从掩膜板的Y方向一侧运动到另一侧，一次扫描可以完成从图像1-N及R*N个条带的曝光。
2.根据权利要求1所述的一种DMD多区域激光投影系统的曝光方法，其特征在于：所述光学系统由激光器和光学镜片模块组成，激光器产生特定能量大小的激光投射到DMD像素阵列上去，光学镜片模块包含不同方向的镜片，使DMD像素阵列的光经过反射最终到掩膜板上。
3.根据权利要求1所述的一种DMD多区域激光投影系统的曝光方法，其特征在于：所述掩膜板是由化学膜及基板组成，化学膜均匀地附着在基板表面，当接收到光学系统投射下来的光线时，化学膜感光后自身或与基板表面材料发生化学反应，从而形成曝光后图像。
4.根据权利要求1所述的一种DMD多区域激光投影系统的曝光方法，其特征在于：所述分图系统首先接收曝光现场的TIFF/Gerber类型的曝光原始文件，之后把原始文件转换成系统需要的图形数据文件，最终按时序发送给DMD控制系统的CPU控制单元，同时控制运动控制系统的运动平台控制器运动。
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Address after: 215000 Room 102, building C5, Ting LAN lane, Suzhou Industrial Park, Jiangsu, China, 192 Patentee after: Yuanzhuo Micro Nano Technology (Suzhou) Co.,Ltd. Address before: 215000 Room 102, building C5, Ting LAN lane, Suzhou Industrial Park, Jiangsu, China, 192 Patentee before: ADVANCED MICRO OPTICS.INC |
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