ES2838694T3 - Método para proporcionar brillo uniforme desde un proyector de luz en un área de imagen - Google Patents

Abstract

Método para proporcionar un brillo uniforme desde un proyector (102) de luz en un área de imagen a ser expuesta en aplicaciones de litografía de formación de imágenes directas, el método comprende los siguientes pasos; 5 - capturar una primera imagen desde el proyector de luz que representa la distribución de brillo sobre el área de la imagen, - subdividir la primera imagen en un número de columnas (204) - calcular un valor de brillo promedio para cada columna, - crear un perfil de imagen de brillo, en donde, si la imagen que se va a exponer se divide en subimágenes para una resolución más alta, el perfil de imagen de brillo se subdivide en un número de subperfiles (401, 402, 403, 404) de imagen correspondientes al número de subimágenes, y - superponer el perfil de imagen de brillo en la imagen que va a ser expuesta por el proyector de luz.

Description

DESCRIPCIÓN

Método para proporcionar brillo uniforme desde un proyector de luz en un área de imagen

El uso de proyectores de luz electrónicos en aplicaciones de litografía ofrece múltiples ventajas en comparación con los sistemas de litografía tradicionales que utilizan tecnología tradicional tal como la película de contacto:

• La capacidad de cambiar el archivo de la obra de arte que se expondrá cambiando solo los archivos SW en lugar de cambiar la película física

• La capacidad de ajustar el contorno de la obra de arte (escala y rotación) para que encaje en el medio si hay cualquier cambio físico en el medio (por ejemplo, para una PCB multicapa)

• La película se desgastará después de un cierto uso debido, por ejemplo, a la temperatura, mientras que la exposición por proyectores electrónicos se puede utilizar en ciclos casi ilimitados

Las aplicaciones típicas de la litografía donde se pueden utilizar proyectores electrónicos son:

• Fabricación de dispositivos electrónicos, tal como placas de circuitos impresos, paneles táctiles y circuitos microelectrónicos.

• Máquinas de fabricación rápida y prototipado 3D, también llamadas impresoras 3D.

Para aplicaciones de fabricación rápida 3D, los proyectores electrónicos se han utilizado durante un período de tiempo más largo que para la fabricación de dispositivos electrónicos. Esto se debe principalmente a dos razones:

• El área de exposición es tradicionalmente más grande para dispositivos electrónicos con tamaños de panel de hasta 1 m2

• El tamaño del objeto para los dispositivos electrónicos es menor, lo que significa que la resolución es mayor El área de exposición es una cuestión del tamaño de la imagen proyectada. Un aumento del tamaño de la imagen dará un tamaño de píxel más grande y reducirá la resolución. Esto es más aceptable para productos 3D fabricados rápidamente que para dispositivos electrónicos.

Una manera de lograr grandes áreas de exposición mientras se mantiene una alta resolución es mover uno o varios proyectores de luz electrónicos sobre el medio mientras se expone con una imagen pequeña. La Figura 6 muestra un ejemplo de tal proceso.

Cada vez que la posición relativa entre la unidad de exposición y el medio se ha movido una distancia correspondiente a una o varias fila(s) de píxeles en la imagen de exposición, se impone una señal de activación desde el controlador de movimiento hacia la unidad de exposición. Por lo tanto, se configura una nueva imagen en la unidad de exposición. Este método se denomina a menudo como desplazamiento de imágenes, ya que el patrón expuesto parece desplazarse visualmente sobre el medio.

En aplicaciones donde se han utilizado proyectores de luz electrónicos estáticos (como en las aplicaciones tradicionales de fabricación rápida 3D), cada punto en el medio recibe la energía luminosa de un píxel particular del proyector de luz electrónico. La cantidad de energía recibida se define por el período de tiempo en que la luz está presente. En las aplicaciones de desplazamiento de imágenes, cada punto del medio recibe pulsos de energía luminosa de todos los píxeles de una columna de píxeles de la imagen. La energía total recibida por el punto en el medio es igual a la suma de la energía luminosa de todos estos pulsos de luz de la columna de píxeles.

Lo común para todas estas aplicaciones es que la uniformidad del brillo de la luz en la imagen debe ser buena para lograr una calidad de exposición correcta en el medio. Por ejemplo, una distribución de brillo no uniforme hará que se proporcione más energía a algunas partes de la imagen que a otras partes. Cuando se expone en materiales foto polimerizados, esto significa que algunas partes se expondrán más rápido que otras partes, o incluso sobreexpuestas. Para la litografía de PCB, esto hará que las líneas sean más gruesas en áreas sobreexpuestas que en áreas menos expuestas. Esto no es deseado.

Para aplicaciones donde se utilizan proyectores de luz electrónicos estáticos, se han desarrollado métodos patentados. Estas técnicas incluyen el uso de una imagen en escala de grises superpuesta para compensar la falta de uniformidad del brillo. Después de la compensación, cada uno de los píxeles de la imagen expuesta entregará la misma energía luminosa al medio. En los proyectores de luz electrónicos que utilizan tecnología DLP, las imágenes en escala de grises se logran usando técnicas de multiplexación en el tiempo, donde los espejos de píxeles en el DMD se encienden y apagan a alta frecuencia.

Sin embargo, para aplicaciones de desplazamiento de imágenes, esta técnica de escala de grises no puede ser utilizada, ya que la tasa de fotograma (frecuencia de conmutación) para los espejos de píxeles ya está cerca del máximo permitido para el DMD cuando las imágenes se desplazan a alta velocidad. La alta velocidad causa que los pulsos de disparo se impongan en la unidad de exposición a una velocidad alta desde el controlador del motor. Como cada pulso de disparo provoca que se configure una nueva imagen en el DMD, la tasa de fotogramas del DMD será muy alta. La velocidad de desplazamiento está relacionada con la sensibilidad de la energía luminosa para el medio. Para aplicaciones de estereolitografía (3D), esto está en el rango de 10-20 mJ/cm2, mientras que para la litografía de PCB varía de 10 a 50 mJ/cm2. Si la energía luminosa está dentro del rango de 2-3W, la velocidad será de aproximadamente 400 mm/s, lo que dará una tasa de fotograma de hasta 19 kHz si el tamaño de píxel es de aproximadamente 11 mm. Esto está muy cerca de la tasa de fotograma máxima para un DMD. Esto implica que el DMD no puede soportar la escala de grises durante el desplazamiento de la imagen, ya que la escala de grises se crea proporcionando patrones de luz con duración variable, Modulación de Ancho de Pulso (PWM). Para crear una escala de grises a una tasa de fotogramas de 19 kHz, cada uno de los fotogramas de imágenes debe tener un subconjunto de imágenes que dure hasta 1/256 del tiempo del fotograma principal completo (para un nivel de escala de grises de 8 bits), lo que requiere una velocidad de fotograma de 4,9 MHz, que está muy por encima de la tasa de fotograma máxima de un DMD.

Como cada punto en el medio experimenta la energía luminosa de todos los píxeles en una columna de imagen, la falta de uniformidad en la energía luminosa entre las columnas de píxeles (1-dimensional) necesita ser compensada en lugar de la falta de uniformidad en la energía luminosa entre cada píxel de la imagen de exposición (bidimensional), que es el caso de las técnicas tradicionales de uniformidad de brillo en escala de grises. Esto es especialmente importante cuando se implican técnicas de subpixelación para lograr una resolución superior al tamaño de píxel nativo, se utilizan diferentes técnicas que implican el uso del desplazamiento. Se requiere alta resolución especialmente para aplicaciones de litografía de PCB, ya que los anchos de línea disminuyen constantemente mientras que el requisito de velocidad (rendimiento) es siempre alto, lo que implica que el tamaño de la imagen de exposición no puede ser demasiado pequeño. Cuando se aplican tales técnicas de subpixelación, tal como la descrita en EP 2056165 A1 y patentes relacionadas, la imagen se divide en subimágenes (Figura 4). Es importante que todas las subimágenes experimenten la misma compensación de uniformidad de brillo. Esto solo se puede aplicar cuando cada columna de la imagen expuesta se compensa en lugar de si se compensa cada píxel de la imagen expuesta.

El documento CA 2888844 A1 divulga un método para producir una distribución homogeneizada de la cantidad de luz con un modulador de luz espacial, que tiene una pluralidad de micro espejos direccionables e inclinables dispuestos en filas y columnas, en el cual la luz de una fuente de luz de inundación es proyectada por un sistema óptico y un patrón de iluminación de la fuente de luz proyectada se guía sobre una superficie de proyección, en donde una pluralidad de píxeles que aumentan en número hacia el centro de la imagen no se iluminan de modo que la homogeneización de la intensidad de luz de todos los píxeles iluminados en la superficie de proyección se logre en un tiempo integral.

La invención se describirá ahora por medio de ejemplos y con referencia a las figuras que la acompañan.

La Figura 1 ilustra una configuración de medición para un método para proporcionar un brillo uniforme desde un proyector de luz en un área de imagen a ser expuesto.

La figura 2 muestra más detalles del método de la figura 1.

La figura 3 ilustra los detalles de un paso del método de la figura 1.

La figura 4 muestra un ejemplo de un proceso de subperfilado.

La figura 5 ilustra un proceso de desplazamiento de imagen.

La figura 6 ilustra la construcción de la imagen en un proceso de desplazamiento de imagen

La figura 1 ilustra un ejemplo de un método para proporcionar brillo uniforme desde un proyector de luz en un área de imagen a ser expuesta. Comprende una configuración de medición para capturar las características de uniformidad de brillo del proyector 102 de imágenes electrónico. El haz de luz proyectado de una imagen 103 blanca crea una imagen capturada por la cámara CCD o el medidor 104 de energía de luz en el plano focal colocado en la mesa 105 de exposición. Esta primera imagen representa la distribución del brillo sobre el área de la imagen. Este primer paso del método de medición también se puede utilizar para las técnicas tradicionales de uniformidad de brillo en la escala de grises.

El método se visualiza más en las Figuras 2a a 2d. Las Figuras 2a y 2b describen una visualización de los diferentes niveles 201 de brillo medidos a lo largo de la longitud de la columna de la imagen blanca capturada por la cámara CCD o el medidor de energía luminosa en la Figura 1. Todos los niveles de brillo medidos para cada columna, aquí ejemplificados con 25 columnas, se promedian en 202.

La Figura 2c describe la imagen de superposición estática, donde la altura de cada columna 203 negra refleja el nivel de brillo promediado para la columna 204 correspondiente en la imagen capturada. Si el nivel de brillo medio de una columna es bajo, la altura de la columna negra en la imagen estática resultante es pequeña.

En la recepción de una señal de activación, se configura una nueva imagen en la unidad de exposición, cambiando así de la imagen#1 208 expuesta a la imagen#2 209 expuesta, etc., como se ilustra en la Figura 2d. Describe el proceso de desplazamiento de la imagen donde el patrón 207 expuesto se expone en el medio durante el desplazamiento de la imagen. Cada imagen mostrada en el DMD (aquí visualizada con 4 imágenes 208-211) se expone al medio mientras el proyector de luz electrónico se mueve con relación al medio a lo largo del eje 212 de desplazamiento sincronizado con la velocidad de movimiento. Cada una de las imágenes (visualizadas en 208-211) experimenta una superposición 206 de imagen estática almacenada en el proyector de luz electrónico que refleja la uniformidad del brillo. La altura de cada una de las columnas negras en la imagen de superposición estática determinará cuánta energía luminosa se expondrá en el medio para la columna resultante. Por lo tanto, la falta de uniformidad del brillo se compensará después de que cada una de las imágenes se haya desplazado sobre la imagen de superposición estática.

Dependiendo de la resolución de la imagen y del rango dinámico de la falta de uniformidad de la imagen, la resolución de la columna puede ser variada. Si la falta de uniformidad del brillo es severa, es decir el gran rango dinámico de la falta de uniformidad requerirá una resolución de columna más alta que si la uniformidad del brillo fuera menos severa. El aumento de la resolución, es decir. columnas más delgadas, conduce a menos diferencias de brillo entre las columnas y, por lo tanto, una mejor uniformidad en la imagen resultante. Esto se describe en la Figura 3. Aquí, 301 describe una imagen superpuesta estática con alta densidad (un alto número de columnas). Esto es necesario cuando la uniformidad de brillo en el sistema es deficiente con un rango dinámico alto. 302 describe una superposición de imagen estática con menor número de columnas, que se puede utilizar para sistemas de mejor uniformidad de brillo con un rango dinámico más bajo.

Cuando se usa en combinación con la multiplexación óptica, es necesario dividir los perfiles de imagen de superposición de brillo estático en múltiples subperfiles, de modo que cada una de las columnas en cada uno de los subperfiles experimente el nivel de brillo correcto para lograr la uniformidad de imagen correcta. La Figura 4 muestra un ejemplo de un proceso de subperfil de este tipo con cuatro subperfiles. Agregando los cuatro subperfiles 401 -404 se dará el perfil de imagen de brillo inicial de la figura 2c.

La figura 5 ilustra un proceso de desplazamiento de la imagen. Esta es una forma de lograr grandes áreas de exposición sin dejar de mantener una alta resolución. En este ejemplo, un proyector 502 de luz electrónico está dispuesto para moverse sobre el medio 505 a ser expuesto, que está dispuesto sobre una mesa 506 de exposición. Durante este movimiento, el haz 504 de luz proyectado desde el proyector de luz está exponiendo una imagen pequeña. La flecha 503 muestra la dirección de movimiento relativa entre el proyector 502 de luz electrónico y el medio 505. En otras realizaciones, puede haber más de un proyector de luz proyectando simultáneamente, por ejemplo, en paralelo. El medio 505 a ser expuesto es en esta realización un material foto polimerizado, pero pueden ser otros tipos de materiales fotosensibles.

El movimiento relativo entre el proyector de luz y el medio se puede lograr moviendo el proyector de luz mientras el medio está fijo en su posición o viceversa. En la figura 5 es el proyector de luz el que se mueve y el medio de exposición está en una posición fija. El proyector de luz o un soporte de rodamiento para el proyector de luz recibe una señal de movimiento desde un controlador 501 de motor, controlando el movimiento relativo entre el proyector 502 y el medio 505. Cada vez que la posición relativa entre la unidad de exposición y el medio se ha movido una distancia correspondiente a una fila de píxeles en la imagen de exposición, se impone una señal de activación desde el controlador de movimiento hacia el proyector de luz.

La figura 6 ilustra la construcción de la imagen en un proceso de desplazamiento de imágenes. Cada vez que la posición relativa entre el proyector de luz electrónico y el medio sensible a la luz se ha movido a lo largo de la distancia del eje 601 de desplazamiento correspondiente a una fila 602 de píxeles en la imagen de exposición, se impone una señal de activación desde el controlador de movimiento hacia el proyector de luz electrónico. Por tanto, se configura una nueva imagen en la unidad de exposición (cambiando de una imagen 603 expuesta a la siguiente 604, 605, 606, etc.). Este método se denomina a menudo desplazamiento de imagen, ya que el patrón 607 expuesto parece desplazarse visualmente sobre el medio sensible a la luz a lo largo del eje 601 de desplazamiento.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Método para proporcionar un brillo uniforme desde un proyector (102) de luz en un área de imagen a ser expuesta en aplicaciones de litografía de formación de imágenes directas, el método comprende los siguientes pasos;

- capturar una primera imagen desde el proyector de luz que representa la distribución de brillo sobre el área de la imagen,

- subdividir la primera imagen en un número de columnas (204)

- calcular un valor de brillo promedio para cada columna,

- crear un perfil de imagen de brillo, en donde, si la imagen que se va a exponer se divide en subimágenes para una resolución más alta, el perfil de imagen de brillo se subdivide en un número de subperfiles (401, 402, 403, 404) de imagen correspondientes al número de subimágenes, y

- superponer el perfil de imagen de brillo en la imagen que va a ser expuesta por el proyector de luz.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el perfil de imagen de brillo proporciona una imagen de superposición estática al proyector de luz.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1, donde la primera imagen es capturada por medio de una cámara CCD o sensor (104) de potencia de luz dispuesto en el plano focal del proyector de luz, y la imagen capturada es transferida al proyector de luz para los pasos posteriores.

4. Método de acuerdo con la reivindicación 1, donde el proyector de luz es un modulador de luz espacial, tal como un dispositivo dmd.

5. Método de acuerdo con la reivindicación 1, donde el perfil de imagen de brillo representa el período de tiempo para cada columna donde el proyector de luz no emitirá ninguna luz al área de la imagen.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 1, donde el ancho de las columnas depende del rango dinámico de la distribución de brillo.

7. Método de acuerdo con la reivindicación 1, donde las columnas tienen un ancho de 100 píxeles.