CN112579974A - 一种数字微镜工作角度误差的修正方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种数字微镜工作角度误差的修正方法及设备，本发明的数字微镜工作角度误差的修正方法，对条带的矢量图形按照事先设定的算法进行工作角度误差修正；可在不重新调整实际装配角度的情况下，通过算法对图形数据进行必要的提前修正，提前抵消错位误差，改进拼接位置，使最终的拼接结果满足要求，大大节省了装配角度调整时间或系统恢复时间。

Description

一种数字微镜工作角度误差的修正方法及设备
技术领域
本发明涉及激光直接成像技术领域，具体涉及一种数字微镜工作角度误差的修正方法及设备。
背景技术
在激光直接成像系统中，数字微镜器件(Digital Micromirror Device，简称DMD)的安装面的长边方向与曝光的步进方向理论上需要保持一个理想的工作角度θ，才能使曝光的图形的左右相邻条带间不存在上下错位的误差。事实上，在DMD被安装固定后，DMD的实际装配角度θ'与理想工作角度θ之间总存在一个工作角度误差e，e＝θ'-θ，该角度误差e可通过测量的手段获得，如图1-图4所示。
以下介绍下相关参数符号定义：
设d是拼接处上下错位最大容许的误差限，一般为图形处理时数据像素的宽度，W是曝光时扫描条带宽度。有效工作角度
Figure BDA0002851660510000011
可接受的角度区间范围为：
Figure BDA0002851660510000012
ε＝atan(d/W)，ε为最大可接受工作角度误差，有效工作角度误差
Figure BDA0002851660510000013
的取值范围为：
Figure BDA0002851660510000014
设拼接处上下错位最大容许的误差限为2um，扫描条带宽度为54mm，则最大可接受工作角度误差为ε＝atan(d/W)＝atan(0.002/54)＝0.000037(rad)＝0.002(deg)。
其中，[]，表示闭区间，∈，表示属于区间，
Figure BDA0002851660510000018
表示不属于区间。
因为最大可接受工作角度误差ε非常小，为了使工作角度误差e小于最大可接受工作角度误差ε,传统的方法是通过人工的方式进行调整，即先通过工具测量到装配角度后，再人工向误差减少的方向调整，然后再测量，反复尝试与微调，该过程非常耗时。随着时间和温度的变化，实际装配角度θ'也可能超出有效工作角度
Figure BDA0002851660510000015
的范围，即
Figure BDA0002851660510000016
即工作角度误差
Figure BDA0002851660510000017
此时曝光将会产生上下错位现象，维修该问题必将影响到生产。
发明内容
本发明提出的一种数字微镜工作角度误差的修正方法及设备，可解决背景技术中涉及的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种数字微镜工作角度误差的修正方法，包括以下步骤：
对条带的矢量图形按照事先设定的算法进行工作角度误差修正；
其中所述算法为：
设条带的矢量图形的误差修正变换参考位置坐标点为(xr,yr)，工作角度误差e，任意坐标点(x,y)数据处理后的坐标为(x',y')，则有：x'＝x,y'＝(xr-x)tane+y；
矩阵形式为：
Figure BDA0002851660510000021
其中，xr的取值范围为[x0,x0+w]，xr＝x0+w/2，则误差修正变换矩阵为：
Figure BDA0002851660510000022
w为扫描条带的物理宽度，xo为扫描条带矢量图形的左边界的X坐标。
进一步的，所述工作角度误差修正步骤如下：
STEP1：加载待曝光的矢量整图加载到内存；
STEP2：曝光系统根据DMD所在的空间位置计算出每个条带的矢量图形的物理宽度w和每个条带的矢量图形起点坐标(xo,yo)；
STEP3：曝光系统根据条带的矢量图形的物理宽度w和矢量图形起点坐标(xo,yo)，构造一个截窗矩形R；
STEP4：利用当前构造的截窗矩形R，从矢量整图中提取截窗矩形R内的所有多边形，得到条带的矢量图形；
STEP5：利用矢量图形起点坐标(xo,yo)，计算出误差修正变换的参考点坐标(xr,yr)，利用误差修正变换的参考点坐标(xr,yr)和当前DMD的工作角度误差e构造一个变换矩阵
Figure BDA0002851660510000031
如果误差修正变换的参考点坐标(xr,yr)选在扫描条带的垂直左边线，即xr＝x0；误差修正变换矩阵B为：
Figure BDA0002851660510000032
误差修正后，会在高度方向上引入平移误差；
如果误差修正变换的参考点坐标(xr,yr)选在扫描条带的中心线，即xr＝x0+w/2；误差修正变换矩阵B为：
Figure BDA0002851660510000033
误差修正后，不会在高度方向上引入平移误差；
STEP6：利用误差修正变换矩阵B，对条带的矢量图形中的每个坐标点进行误差修正变换，即计算每个坐标点的新坐标。将变换过程转换成方程为：
x'＝x,y'＝-x·tane+y+(x0+w/2)tane，其中，(x,y)为每个坐标点的原始坐标，(x',y')为每个坐标点的新坐标；
STEP7：重复STEP3-STEP6，直至所有条带的矢量图形处理完成。
进一步的，所述工作角度误差修正步骤还包括：
STEP8：曝光系统把STEP7后的条带的矢量图形发送到栅格化子系统进行后序处理。
进一步的，所述STEP8中后序处理包括：
软件系统直接对条带的矢量图形进行栅格化，然后通过光纤或网络传送到数据处理子系统，进行后序处理并投影，以完成曝光。
进一步的，所述STEP8中后序处理包括：
软件系统直接将矢量图形通过网络或光纤送到数据处理子系统，由数据处理子系统进行栅格化后，进行后序处理并投影，以完成曝光。
另一方面，本发明还公开一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于暂存条带数据和计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述方法的步骤。
进一步的，所述处理器是CPU或GPU。
由上述技术方案可知，本发明的数字微镜工作角度误差的修正方法，对条带的矢量图形按照事先设定的算法进行工作角度误差修正；可在不重新调整实际装配角度的情况下，通过算法对图形数据进行必要的提前修正，提前抵消错位误差，改进拼接位置，使最终的拼接结果满足要求，大大节省了装配角度调整时间或系统恢复时间。
附图说明
图1为实际工作角度θ'和理想工作角度θ之间的关系；
图2为实际工作角度θ'超出有效工作角度
Figure BDA0002851660510000041
限制时的曝光结果；
图3为实际工作角度θ'满足工作角度
Figure BDA0002851660510000042
限制时的曝光结果；
图4为不包含工作角度误差修正的数据处理过程示意图；
图5是本发明的图形处理过程示意图及对应的阶段效果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图5所示，对条带的矢量图形进行工作角度误差修正；在误差修正过程中，图形宽度方向的宽度和位置不变，即X方向的坐标位置不变，Y方向的坐标位置根据X的位置的递增而递增或递减，如图5所示，错切条带时图形的变化。
由于条带的图形宽度与DMD曝光时使用的像素宽度、倾斜角度有关，与条带内有效图形数据宽度和高度无关，即无论图形宽度多少，栅格化时都将图形栅格化成特定宽度的格化图像。
则本发明本实施例所述的数字微镜工作角度误差的修正方法，按以下算法进行修正：
设条带的矢量图形的误差修正变换参考位置坐标点为(xr,yr)，工作角度误差e，任意坐标点(x,y)数据处理后的坐标为(x',y')，则有：x'＝x,y'＝(xr-x)tane+y；
矩阵形式为：
Figure BDA0002851660510000051
在误差修正变换过程中，图形会变长；长出来的图形部分会进入到曝光条带预留的图像区域内。
xr的取值范围为[x0,x0+w]，当xr＝x0+w/2时，误差修正变换矩阵为：
Figure BDA0002851660510000052
w为扫描条带的物理宽度，xo为扫描条带矢量图形的左边界的X坐标。
以下具体说明：
前置步骤：
STEP1：加载待曝光的矢量整图加载到内存；
STEP2：曝光系统根据DMD所在的空间位置计算出每个条带的矢量图形的物理宽度w和每个条带的矢量图形起点坐标(xo,yo)；
数据处理：
STEP3：曝光系统根据条带的矢量图形的物理宽度w和矢量图形起点坐标(xo,yo)，构造一个截窗矩形R；
STEP4：利用当前构造的截窗矩形R，从矢量整图中提取截窗矩形R内的所有多边形，得到条带的矢量图形；
STEP5：利用矢量图形起点坐标(xo,yo)，计算出误差修正变换的参考点坐标(xr,yr)，利用误差修正变换的参考点坐标(xr,yr)和当前DMD的工作角度误差e构造一个变换矩阵
Figure BDA0002851660510000061
如果误差修正变换的参考点坐标(xr,yr)选在扫描条带的垂直左边线，即xr＝x0；误差修正变换矩阵B为：
Figure BDA0002851660510000062
误差修正后，会在高度方向上引入平移误差。
如果误差修正变换的参考点坐标(xr,yr)选在扫描条带的中心线，即xr＝x0+w/2；误差修正变换矩阵B为：
Figure BDA0002851660510000063
误差修正后，不会在高度方向上引入平移误差；
STEP6：利用误差修正变换矩阵B，对条带的矢量图形中的每个坐标点进行误差修正变换，即计算每个坐标点的新坐标。将变换过程转换成方程为：
x'＝x,y'＝-x·tane+y+(x0+w/2)tane，其中，(x,y)为每个坐标点的原始坐标，(x',y')为每个坐标点的新坐标；
STEP7：重复STEP3-STEP6，直至所有条带的矢量图形处理完成。
后序步骤：
STEP8：曝光系统条带的矢量图形发送到栅格化子系统进行后序处理。
可能的后序处理方式有：
1、软件系统直接对条带的矢量图形进行栅格化，然后通过光纤或网络传送到数据处理子系统，进行后序处理并投影，以完成曝光。
2、软件系统直接将矢量图形通过网络或光纤送到数据处理子系统，由数据处理子系统进行栅格化后，进行后序处理并投影，以完成曝光。
以下举例说明：
以单头LDI设备为例。设DMD的工作角度误差为e。
假设曝光系统已经开始曝光，已经在内存中加载了整张矢量图形。图像尺寸为：W×H，图形起点坐标为(x1,y1)。
假设曝光系统已经计算出每个条带的宽度和每个条带的起始位置。设DMD的条带宽度为：w，条带的起点位置分别为(x1+w·i,y1)(i＝0,1,...,N-1)，其中，
Figure BDA0002851660510000075
为总条带数，其中，
Figure BDA0002851660510000076
表示向上取整。
STEP3：曝光软件根据每个条带的起点为位置(x1+w·i,y1)(i＝0,1,...,N-1)，计算出每个条带的截窗矩形Ci(x1+w·i,y1,w,H)(i＝0,1,...,N-1)，含义为(截窗的图形起点坐标(X,Y)，条带宽度，条带高度)。
STEP4：利用每个截窗Ci(x1+w·i,y1,w,H)(i＝0,1,...,N-1)，从矢量图形中截取条带的矢量图形。注：条带的矢量图形Gi是一个由多边形P构成的集合。多边形P由构成这个多边形的多个顶点坐标来表示。
STEP5：利用每个条带的起点为位置(x1+w·i,y1)(i＝0,1,...,N-1)和工作角度误差e构造一个优选的变换矩阵
Figure BDA0002851660510000071
Figure BDA0002851660510000072
STEP6：对每个条带的多边形的每个点P＝{pj(xj,yj)}(j＝1,...,m)，分别使用
Figure BDA0002851660510000073
进行坐标变换，并用结果替换原坐标。
计算方程为：
Figure BDA0002851660510000074
其中，条带宽度w，图形起点坐标为(x1,y1)，当前条带的序号(i＝0,1,...,N-1)
经过上述步骤后，得到修正后的条带矢量图形，该图形可直接用于后序步骤。
综上所述，本发明实施例提出了一种数字微镜角度误差的修正方法，可在不重新调整实际装配角度的情况下，通过算法对图形数据进行必要的提前修正，提前抵消错位误差，改进拼接位置，使最终的拼接结果满足要求，大大节省了装配角度调整时间或系统恢复时间；使用该方法，在栅格化前，工作角度误差e可全部被修正。
另一方面，本发明还公开一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于暂存条带数据和计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述方法的步骤。所述处理器是CPU或GPU。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种数字微镜工作角度误差的修正方法，其特征在于：
包括以下步骤：
对条带的矢量图形按照事先设定的算法进行工作角度误差修正；
其中所述算法为：
设条带的矢量图形的误差修正变换参考位置坐标点为(xr,yr)，工作角度误差e，任意坐标点(x,y)数据处理后的坐标为(x',y')，则有：x'＝x,y'＝(xr-x)tan e+y；
矩阵形式为：
Figure FDA0002851660500000011
xr的取值范围为[x0,x0+w]，当xr＝x0+w/2时，误差修正变换矩阵为：
Figure FDA0002851660500000012
w为扫描条带的物理宽度，xo为扫描条带矢量图形的左边界的X坐标。
2.根据权利要求1所述的数字微镜工作角度误差的修正方法，其特征在于，所述工作角度误差修正步骤如下：
STEP1：加载待曝光的矢量整图加载到内存；
STEP2：曝光系统根据DMD所在的空间位置计算出每个条带的矢量图形的物理宽度w和每个条带的矢量图形起点坐标(xo,yo)；
STEP3：曝光系统根据条带的矢量图形的物理宽度w和矢量图形起点坐标(xo,yo)，构造一个截窗矩形R；
STEP4：利用当前构造的截窗矩形R，从矢量整图中提取截窗矩形R内的所有多边形，得到条带的矢量图形；
STEP5：利用条带的矢量图形起点坐标(xo,yo)，计算出误差修正变换的参考点坐标(xr,yr)，利用误差修正变换的参考点坐标(xr,yr)和当前DMD的工作角度误差e构造一个变换矩阵
Figure FDA0002851660500000013
如果误差修正变换的参考点坐标(xr,yr)选在扫描条带的垂直左边线，即xr＝x0；误差修正变换矩阵B为：
Figure FDA0002851660500000021
误差修正后，会在高度方向上引入平移误差；
如果误差修正变换的参考点坐标(xr,yr)选在扫描条带的中心线，即xr＝x0+w/2；误差修正变换矩阵B为：
Figure FDA0002851660500000022
误差修正后，不会在高度方向上引入平移误差；
STEP6：利用误差修正变换矩阵B，对条带的矢量图形中的每个坐标点进行误差修正变换，即计算每个坐标点的新坐标；将变换过程转换成方程为：x'＝x,y'＝-x·tan e+y+(x0+w/2)tan e，其中，(x,y)为每个坐标点的原始坐标，(x',y')为每个坐标点的新坐标；
STEP7：重复STEP3-STEP6，直至所有条带的矢量图形处理完成。
3.根据权利要求2所述的数字微镜工作角度误差的修正方法，其特征在于：所述工作角度误差修正步骤还包括：
STEP8：曝光系统把STEP7后的条带的矢量图形发送到栅格化子系统进行后序处理。
4.根据权利要求3所述的数字微镜工作角度误差的修正方法，其特征在于，所述STEP8中后序处理包括：
软件系统直接对条带的矢量图形进行栅格化，然后通过光纤或网络传送到数据处理子系统，进行后序处理并投影，以完成曝光。
5.根据权利要求3所述的数字微镜工作角度误差的修正方法，其特征在于，所述STEP8中后序处理包括：
软件系统直接将矢量图形通过网络或光纤送到数据处理子系统，由数据处理子系统进行栅格化后，进行后序处理并投影，以完成曝光。
6.一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于暂存条带数据和计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1所述方法的步骤。
7.根据权利要求6所述的计算设备，其特征在于，所述处理器是CPU或GPU。
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