CN218273085U - 一种激光旋转成像设备 - Google Patents

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陈乃奇
金满军
张向非
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Abstract

本申请实施例提供了一种激光旋转成像设备，用于提高激光成像的效率和精度。本申请实施例中的激光旋转成像设备可包括：旋转台、激光集成器以及控制器；所述旋转台上设有曝光面，所述旋转台与所述激光集成器绕中心轴可相对旋转；所述激光集成器中包含基板、微透镜阵列以及固定在所述基板上的多颗半导体激光芯片形成的激光阵列；在旋转过程中，所述激光阵列中每颗半导体激光芯片的激光对应的光斑投影点在所述曝光面上的扫描圆环轨迹不重叠；所述控制器用于检测各颗光斑投影点的实时位置，当半导体发光器芯片对应的光斑投影点实时位置与加工件上像素曝光点的位置一致时，点亮对应的半导体激光芯片对曝光面上像素曝光点进行曝光。

Description

一种激光旋转成像设备
技术领域
本申请涉及激光成像技术领域，尤其涉及一种激光旋转成像设备。
背景技术
现有的激光直写设备(例如申请号为：201310084860.3中的激光成像设备)中采用的是沿直线分布的单排成品半导体激光器，单个成品半导体激光芯片包含激光二极管、保护外壳等结构，需要在水平方向往复扫描曝光面进行成像。往复扫描定位精度差，而且相邻激光器之间的扫描间隙等于相邻成品激光器之间的间隔约为6毫米(6000微米)，单位面积内激光阵列的密度低。在对高精度图像进行激光直写时，以分辨率为1270的图像为例，其像素行间隙为20微米，6毫米的扫描间隙中存在300行像素，往往需要控制激光阵列进行300次的移动，才能将扫描间隙中的像素行完全扫描，激光扫描的效率低。
发明内容
本申请实施例提供了一种激光旋转成像设备，用于提高激光成像的效率和精度。
本申请实施例提供了一种激光旋转成像设备，可包括：旋转台、激光集成器以及控制器；
所述旋转台上设有曝光面，所述旋转台与所述激光集成器绕中心轴可相对旋转；
所述激光集成器中包含基板、微透镜阵列以及固定在所述基板上的多颗半导体激光芯片形成的激光阵列；其中，所述微透镜阵列沿所述激光阵列的激光的垂直方向设置，且每颗半导体发光器芯片的出光口位于一透镜的光轴上，以使得所述激光阵列的激光经过透镜聚焦之后可照射在所述曝光面上，且在旋转过程中，所述激光阵列中每颗半导体激光芯片的激光对应的光斑投影点在所述曝光面上的扫描圆环轨迹不重叠；
所述控制器用于检测各颗光斑投影点的实时位置，当半导体发光器芯片对应的光斑投影点实时位置与曝光面上像素曝光点的位置一致时，点亮对应的半导体激光芯片对曝光面上像素曝光点进行曝光。
可选的，作为一种可能的实施方式，本申请实施例中，所述基板上的多颗半导体激光芯片呈直线形的激光阵列，且所述颗半导体激光芯片所在的直线为经过所述中心轴的径向直线。
可选的，作为一种可能的实施方式，本申请实施例中，相邻半导体激光芯片之间的距离相等。
可选的，作为一种可能的实施方式，本申请实施例中，所述基板上的多颗半导体激光芯片形成多段斜线形的激光阵列，且多段斜线上的半导体激光芯片在同一条经过所述中心轴的径向直线上的投影点不重叠。
可选的，作为一种可能的实施方式，本申请实施例中，多段斜线上的半导体激光芯片在同一条经过所述中心轴的径向直线上的相邻投影点间距相同。
可选的，作为一种可能的实施方式，本申请实施例中，所述旋转台绕中心轴旋转，所述激光集成器与所述中心轴相对静止。
可选的，作为一种可能的实施方式，本申请实施例中，所述激光集成器绕中心轴旋转，所述旋转台与所述中心轴相对静止。
可选的，作为一种可能的实施方式，本申请实施例中，所述旋转台上设置有多个凹形孔，每个凹形孔中安装有平整度调节机构，所述平整度调节机构用于调整的加工件上曝光面的平整度。
可选的，作为一种可能的实施方式，本申请实施例中，所述旋转台通过负压吸附的方式固定加工件。
可选的，作为一种可能的实施方式，本申请实施例中的激光旋转成像设备，还可以包括：位移编码器；所述位移编码器包含移动部件和固定部件，所述固定部件安装在所述旋转台上，所述移动部件与所述激光集成器相对固定，用于在旋转过程中检测所述旋转台上标定点的相对实时位置。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请实施例中，旋转激光成像设备采用单一方向旋转的方式移动加工件上的曝光面，只需要在开机时进行一次定位，无需将激光器进行水平方向往复移动扫描，进而无需进行反复定位，避免了定位误差，提高了激光成像的精度。
同时，本申请实施例中直接将多颗半导体发光器芯片进行集成，缩小了各颗半导体发光器芯片的出射光之间的间距，进而提高了单位面积内出射光的密度，进而提高了激光扫描成像的效率。
此外，本申请中还可以将半导体激光芯片排列成多段斜线形，当器件沿与目标直线方向垂直的方向进行扫描运动时，相邻半导体激光芯片的出射光在目标直线的垂直方向进行扫描的扫描间距可以小于相邻半导体激光芯片的直线距离，提高了扫描垂直方向的激光分布密度，大大提高了激光扫描成像的效率。
附图说明
图1为本申请实施例中一种激光旋转成像设备的一个实施例示意图；
图2为本申请实施例中激光集成器切面结构示意图；
图3为本申请实施例中半导体激光芯片的一种排列方式示意图；
图4为本申请实施例中一种激光旋转成像设备的另一个实施例示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中，术语“中心”、“水平”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
为了便于理解，下面对本申请实施例中的具体结构进行描述，请参阅图1，本申请实施例中一种激光旋转成像设备的一个实施例可包括：旋转台10、激光集成器20以及控制器30(图中未示出)。
其中，可选的，旋转台10可以是切面为中心对称图形(例如圆形、六边形)的柱体结构，图1中仅以圆柱体为例进行说明。旋转台10上可通过设置固定组件(未示出)将一个或多个加工件固定在旋转台10的表面，被固定的加工件上涂覆感光涂层形成曝光面(每一个加工件上的感光涂层组成曝光面的一部分)。其中，固定组件可以通过负压吸附的方式固定加工件，也可以通过卡扣的方式固定加工件，还可以通过机械夹持的方式，具体实现方式可以根据加工件的尺寸和种类进行选择，具体此处不做限定。
旋转台10与激光集成器20绕中心轴40可相对旋转，可以是旋转台10绕中心轴40旋转，激光集成器20与中心40轴相对静止；也可以是激光集成器20绕中心轴40旋转，旋转台10与中心轴40相对静止。示例性的，旋转台10可以采用辊传动或齿轮传动结构驱动全部或部分台面旋转，以带动加工件围绕旋转中心轴旋转，具体结构此处不做限定。
如图2所示激光集成器20中包含基板201、微透镜阵列202以及固定在基板201上的多颗半导体激光芯片2031形成的激光阵列203；其中，微透镜阵列202沿激光阵列203的激光的垂直方向设置，且每颗半导体发光器芯片2031的出光口位于激光阵列203中的某一透镜的光轴上，以使得激光阵列203的激光经过透镜聚焦之后可照射在所述曝光面上。在旋转过程中，在关闭半导体发光器芯片2031时，想象的光斑沿激光方向投影在曝光面上的投影点记作光斑投影点，该光斑投影点与相同位置打开半导体发光器芯片2031时激光在曝光面上的光斑位置一致。合理的安装每颗半导体激光芯片，使得激光阵列203中每颗半导体激光芯片2031的激光对应的光斑投影点在曝光面上的扫描圆环轨迹不重叠。具体的，半导体激光芯片2031的排列方式可以呈矩形、直线形、折线形等。示例性的做出如下两种优选的位置排列方式：
第一示例，基板上的多颗半导体激光芯片呈直线形的激光阵列，且所述颗半导体激光芯片所在的直线为经过所述中心轴的径向直线。优选的，相邻半导体激光芯片之间的距离相等。相邻半导体激光芯片之间的距离也可以不相等。在背景技术中需要扫描300次的应用场景中，本示例中的半导体激光集成器件之间的间距可以缩小至数十微米(例如30微米至100微米之间)，单方向分辨率大于1270的图像扫描为例(像素行间距为20微米)，可以只需要5次左右扫描即可完成，相对于现有技术大大提高了激光扫描的效率。
第二示例，如图3所示，基板上的多颗半导体激光芯片形成多段斜线形的激光阵列，且多段斜线上的半导体激光芯片在同一条经过中心轴的径向直线上的投影点不重叠。优选的，多段斜线上的半导体激光芯片在同一条经过中心轴的径向直线上的相邻投影点间距相同。示例性的，如图3所示，多段斜线上的半导体激光芯片在同一条经过中心轴的径向直线L1上相邻投影点间距M0、M1、M2…M9相等。可选的，多段斜线上的半导体激光芯片在同一条经过中心轴的径向直线上的相邻投影点间距也可以不相同。在背景技术中需要扫描300次的应用场景中，本示例中的半导体激光集成器件之间的间距可以缩小至十微米以内，单方向分辨率大于1270的图像扫描为例(像素行间距为20微米)，可以只需要1次左右扫描即可完成，相对于现有技术大大提高了激光扫描的效率。
控制器30用于检测各颗光斑投影点的实时位置，当半导体发光器芯片对应的光斑投影点实时位置与加工件上像素曝光点的位置一致时，点亮对应的半导体激光芯片对曝光面上像素曝光点进行曝光。
可选的，作为一种可能的实施方式，为了实时获取激光阵列中半导体激光芯片可照射的实时位置，本申请实施例中的激光旋转成像设备还可以包括位移编码器。如图4所示，该位移编码器可以包含移动部件50和固定部件60，固定部件60可安装在旋转台10上，移动部件50可设置在激光集成器安装结构上，与激光集成器保持相对固定。具体的，位移编码器可以是光栅位移传感器，包含标尺光栅(固定部件60)和光栅读数头(移动部件50)；位移编码器还可以是磁栅式传感器包含磁栅基尺(固定部件60)和磁栅读数头(移动部件50)。工作过程中，位移编码器的标尺光栅(或磁栅基尺)可以设置于旋转台跟随旋转，光栅读数头可以读取到旋转台旋转的角度，进而可以转换为各颗半导体激光芯片在极坐标系中的相对于极轴的夹角，结合各个半导体激光芯片在曝光面上的各个光斑与旋转中心(即极坐标系中的极点)的距离RN即可标识除各颗半导体激光芯片的光斑在极坐标系中坐标，该坐标即可标识半导体激光芯片的光斑投影点的实时位置(也是激光可照射的实时位置)。
具体的成像流程如下：控制器30可先获取加工件上所需曝光的像素曝光点的位置分布信息，例如采用光栅图像处理器RIP对所需扫描成像的原始图像进行处理成二值点阵图像，其中，像素曝光点是指二值点阵图像中包含的两类像素点中指定的任一种。如此即可得到所需曝光的像素曝光点的位置分布信息，具体RIP为现有技术此处不做赘述。此后，控制器30可以实时获取半导体激光芯片阵列中激光可曝光位置，当激光可曝光位置与加工件上像素曝光点的位置一致时，控制对应位置的半导体激光芯片2031对加工件上像素曝光点进行曝光。
需要说明的是，上述采用位移编码器获取旋转台旋转的角度的方式仅仅是示例性的，本申请实施例中，还可以直接基于驱动旋转台的电动机的控制脉冲信号计算旋转台旋转的角度，进而可以转换为各颗半导体激光芯片在极坐标系中的相对于极轴的夹角，还可以采用其他传感器测量旋转台旋转的角度，具体实施方式此处不做限定。
其中，本申请中的控制器30在一些实施例中可以是一中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)、微处理器或其他数据处理芯片(例如FPGA、PLC等)，可以运行存储器中存储的程序代码或处理数据，执行计算机程序等，以实现设置的功能，具体的实现方式本申请不做限定。
可选的，如图4所示，以圆柱形旋转台为例，旋转台10的表面上还可以设置有多个凹形孔(可以是圆形、长方形、正多边形等)101。优选的，为了保障固定的稳定性，加工件的曝光面的面积不大于凹形孔的切面面积。每个凹形孔101中安装有平整度调节机构(图中未示出，通过倾角传感器检测加工件的平整度，若平整度不符合要求则进行机械调整直至符合要求为止)，每个平整度调节机构可以单独固定加工件，并通过电机调整曝光面与绝对水平面之间的夹角的方式调节加工件上曝光面的平整度(曝光面与预设水平面之间的夹角越小平整度越好，优选预设水平面与半导体激光芯片出射激光方向垂直)。本申请实施例中的激光旋转成像设备可以实现每个加工件平整度的独立调节，单次加工多个工件时，可以避免因平整度不符合要求而导致多个加工件均受影响的情况，提高了良品率。
优选的，作为一种可能的实施方式，本申请实施例中的激光成像设备中，为了降低控制复杂度，旋转台10上的多个凹形孔以旋转轴为中心，呈中心对称分布。可以理解的是，多个凹形孔呈不规则分布也可以实现上述实施例中的曝光效果，凹形孔具体的分布方式本申请不做限定。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种激光旋转成像设备，其特征在于，包括：旋转台、激光集成器以及控制器；
所述旋转台上设有曝光面，所述旋转台与所述激光集成器绕中心轴可相对旋转；
所述激光集成器中包含基板、微透镜阵列以及固定在所述基板上的多颗半导体激光芯片形成的激光阵列；其中，所述微透镜阵列沿所述激光阵列的激光的垂直方向设置，且每颗半导体发光器芯片的出光口位于一透镜的光轴上，以使得所述激光阵列的激光经过透镜聚焦之后可照射在所述曝光面上，且在旋转过程中，所述激光阵列中每颗半导体激光芯片的激光对应的光斑投影点在所述曝光面上的扫描圆环轨迹不重叠；
所述控制器用于检测各颗光斑投影点的实时位置，当半导体发光器芯片对应的光斑投影点实时位置与所述曝光面上像素曝光点的位置一致时，点亮对应的半导体激光芯片对曝光面上像素曝光点进行曝光。
2.根据权利要求1所述的激光旋转成像设备，其特征在于，所述基板上的多颗半导体激光芯片呈直线形的激光阵列，且所述颗半导体激光芯片所在的直线为经过所述中心轴的径向直线。
3.根据权利要求2所述的激光旋转成像设备，其特征在于，相邻半导体激光芯片之间的距离相等。
4.根据权利要求1所述的激光旋转成像设备，其特征在于，所述基板上的多颗半导体激光芯片形成多段斜线形的激光阵列，且多段斜线上的半导体激光芯片在同一条经过所述中心轴的径向直线上的投影点不重叠。
5.根据权利要求4所述的激光旋转成像设备，其特征在于，多段斜线上的半导体激光芯片在同一条经过所述中心轴的径向直线上的相邻投影点间距相同。
6.根据权利要求2或4所述的激光旋转成像设备，其特征在于，所述旋转台绕中心轴旋转，所述激光集成器与所述中心轴相对静止。
7.根据权利要求2或4所述的激光旋转成像设备，其特征在于，所述激光集成器绕中心轴旋转，所述旋转台与所述中心轴相对静止。
8.根据权利要求2或4所述的激光旋转成像设备，其特征在于，所述旋转台上设置有多个凹形孔，每个凹形孔中安装有平整度调节机构，所述平整度调节机构用于调整的加工件上曝光面的平整度。
9.根据权利要求8所述的激光旋转成像设备，其特征在于，所述旋转台通过负压吸附的方式固定加工件。
10.根据权利要求2或4所述的激光旋转成像设备，其特征在于，还包括：位移编码器；所述位移编码器包含移动部件和固定部件，所述固定部件安装在所述旋转台上，所述移动部件与所述激光集成器相对固定，用于在旋转过程中检测所述旋转台上标定点的相对实时位置。
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