CN104516216A - 一种多dmd拼接的曝光***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及DMD器件成像曝光领域,一种多DMD拼接的曝光***和方法,该***包括主机、核心控制板、多个DMD驱动板和DMD芯片,所述的主机与核心控制板通过USB线缆相连,核心控制板和DMD驱动板间通过并行总线相连,DMD芯片与DMD驱动板相连,通过设置一核心控制板将图片进行分割,并经高速并行接口连接多个DMD驱动板,驱动多个DMD实现同步翻转,对分割后的子图像进行同步翻转曝光,进而满足大尺寸的二值图像曝光。本发明的方法,通过对图像进行分割,并同时对分割后的子图像进行同步翻转曝光,进而满足大尺寸的二值图像曝光。通过本发明方法,能够精确控制曝光时间以及9个DMD同步曝光,保证了微镜像素曝光时间的一致性和曝光的精度。
Description
技术领域
本发明涉及DMD(Digital Mirror Device,数字微镜器件)器件成像曝光领域,具体来说是一种多DMD并行拼接提高曝光效率的方法,尤其涉及大尺寸、大面积的DMD曝光***及方法。
背景技术
在3D(3-Dimension,3维)打印、CTS(computer-to-screen)等***中,目前比较流行的是采用DMD作为成像曝光的关键输出设备。由于单个DMD实现曝光的尺寸较小,如果要实现大尺寸的曝光,一般需要通过二维移动平台,采用步进曝光方式。步进曝光方法中二维机械机构的频繁启停会产生机械震动,影响曝光精度。
发明内容
解决上述技术问题,本发明提供了一种多DMD拼接的曝光***,通过设置一核心控制板将图片进行分割,并经高速并行接口连接多个DMD驱动板,驱动多个DMD实现同步翻转,对分割后的子图像进行同步翻转曝光,进而满足大尺寸的二值图像曝光。
本发明还提供了一种多DMD拼接的曝光方法,通过对图像进行分割,并同时对分割后的子图像进行同步翻转曝光,进而满足大尺寸的二值图像曝光。
为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案是,一种多DMD拼接的曝光***,包括主机、核心控制板、多个DMD驱动板和DMD芯片,所述的主机与核心控制板通过USB线缆相连,核心控制板和DMD驱动板间通过并行总线相连,DMD芯片与DMD驱动板相连,
所述主机用于将二值图像分割成多个子图像,并对每个子图像进行编号,并依序将子图像通过USB线缆发送至核心控制板,
所述核心控制板用于接收子图像,并根据编号将子图像通过并行总线同步发送至多个DMD驱动板,
所述DMD驱动板根据编号接收子图像,并驱动DMD芯片对子图像进行同步翻转,实现投影曝光。
进一步的,所述核心控制板包括电源管理模块、USB3.0接口、FPGA模块和高速并行接口,所述电源管理模块为USB3.0接口、FPGA模块和高速并行接口供电,所述USB3.0接口通过USB线缆与主机连接,所述USB3.0接口还通过并行接口与FPGA模块连接,并实时将接收到的子图像发送至FPGA模块,FPGA模块将子图像存储至FIFO缓存,FPGA模块从FIFO缓存中读出数据,通过高速并行接口传输至DMD驱动板。
进一步的,所述DMD驱动板包括FPGA核心驱动模块、DMD芯片和DAD芯片,所述FPGA核心驱动模块与DMD芯片和DAD芯片连接,DAD芯片与DMD芯片连接,FPGA核心驱动模块接收高速并行接口发送的子图像,并缓存在FIFO中,通过FPGA编写的DAD芯片和DMD芯片驱动状态机控制图像数据写入DMD,实现子图像曝光。
一种多DMD拼接的曝光方法,适用于上述***,包括以下步骤:
主机将二值图像分割成多个子图像,并对每个子图像进行编号,并依序将子图像通过USB线缆发送至核心控制板,
核心控制板接收子图像,并根据编号将子图像通过并行总线同步发送至多个DMD驱动板,
DMD驱动板根据编号接收子图像,并驱动DMD芯片对子图像进行同步翻转,实现投影曝光。
本发明通过采用上述技术方案,与现有技术相比,具有如下优点:
本发明的***,通过设置一核心控制板将图片进行分割,并经高速并行接口连接多个DMD驱动板,驱动多个DMD实现同步翻转,对分割后的子图像进行同步翻转曝光,进而满足大尺寸的二值图像曝光。能够增加单次曝光的面积,克服单个DMD曝光效率较低的问题,使曝光设备的效率能够更高。
本发明的方法,通过对图像进行分割,并同时对分割后的子图像进行同步翻转曝光,进而满足大尺寸的二值图像曝光。通过本发明方法,能够精确控制曝光时间以及9个DMD同步曝光,保证了微镜像素曝光时间的一致性和曝光的精度。
附图说明
图1是本发明的***结构框图。
图2是核心控制板FPGA内部逻辑示意图。
图3是DMD驱动板FPGA内部逻辑示意图。
图4 是本发明的方法流程图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
作为一个具体的实施例,如图1至图3所示,本发明的一种多DMD拼接的曝光***,包括主机、核心控制板、多个DMD驱动板和DMD芯片,所述的主机与核心控制板通过USB线缆相连,核心控制板和DMD驱动板间通过并行总线相连,DMD芯片与DMD驱动板相连,
所述主机用于将二值图像分割成多个子图像,并对每个子图像进行编号,并依序将子图像通过USB线缆发送至核心控制板,
所述核心控制板用于接收子图像,并根据编号将子图像通过并行总线同步发送至多个DMD驱动板,每个DMD驱动板接收一幅子图像。
所述DMD驱动板根据编号接收子图像,并驱动DMD芯片对子图像进行同步翻转,实现投影曝光。
从图1中可以看到整个***的实现:通过控制软件将要曝光的大幅面图像进行分割,分割的大小与DMD的分辨率匹配,并且与DMD的排列方式一致,然后按顺序进行编号。通过USB发送时先通过命令的方式发送编号,然后发送该编号对应的子图像。将分割好的子图像全部发送完后,控制软件发送一个同步命令,控制所有的DMD进行同步翻转,当设定的曝光时间到时,控制软件发送关闭命令,关闭所有DMD,保证所有微镜像素曝光时间的一致性。
参考图2所示,显示本发明中的核心控制板FPGA内部逻辑示意图。所述核心控制板包括电源管理模块、USB3.0接口、FPGA模块和高速并行接口,所述电源管理模块为USB3.0接口、FPGA模块和高速并行接口供电,所述USB3.0接口通过USB线缆与主机连接,所述USB3.0接口还通过并行接口与FPGA模块连接,并实时将接收到的子图像发送至FPGA模块,FPGA模块将子图像存储至FPGA内部的FIFO缓存,然后通过高速并行接口传输至DMD驱动板。核心控制板包括现场可编程门阵列(FPGA)和USB收发模块。核心控制板的任务是通过USB模块接收来自主机的命令和子图像数据。收到的子图像数据缓存到FPGA片内FIFO中,收满一帧,由FIFO的标志位触发,将FIFO中的数据读出放到高速并行接口上,同时将子图像编号也放到高速并行接口上。该高速接口上主要有数据通道、编号信号线、同步信号以及微镜关闭信号。当所有的图像数据全部发送到DMD驱动板后,这时核心控制板会收到主机发来的同步翻转命令,核心控制板解析该命令后,在同步信号线上发送一个高脉冲,通知DMD驱动板统一开始DMD翻转的操作。
参考图3所示,所述DMD驱动板包括FPGA核心驱动模块、DMD芯片和DAD芯片,所述FPGA核心驱动模块与DMD芯片和DAD芯片连接,DAD芯片与DMD芯片连接,FPGA核心驱动模块接收高速并行接口发送的子图像,并缓存在FIFO中,通过FPGA编写的DAD和DMD芯片驱动状态机控制图像数据写入DMD,实现子图像曝光。图3显示本发明中的DMD驱动板FPGA内部逻辑示意图。DMD驱动板在***上电时首先需要初始化DMD芯片和DAD芯片,以实现其处在正常工作状态。同时DMD驱动板实时解析高速接口上的编号信号线,确定当前的图像数据是否为本驱动板的数据。如果是,那么就接收放到片内FIFO中。当检测到同步信号线上的高脉冲后,所有的DMD驱动板同步将FIFO中的图像数据读出,写入到对应的DMD中,然后控制DAD芯片发出驱动电压,驱动DMD微镜翻转,实现曝光。当检测到微镜关闭信号线上的高脉冲时,同步关闭所有的微镜。
本实施例中,核心控制板USB模块采用了cypress公司的FX3系列CYUSB3014,其内部集成了USB3.0和USB2.0物理层(PHY)以及32位ARM926EJ-S微处理器,可用于构建定制应用。FPGA芯片拟采用Xilinx公司的xc6slx45型号FPGA,其具有足够的片内资源,可以很容易为设计提供足够多的内部FIFO缓冲,性价比很高。
DMD驱动板采用了一片Xilinx公司的xc6slx45型号FPGA实现对DMD和DAD芯片进行驱动控制。DMD芯片是TI公司的0.7 XGA 12°DDR DMD,其微镜阵列是1024x768,单个微镜大小是13.68x13.68微米,其数据传输时钟是60MHz,DDR传输方式。DAD1000芯片是TI公司配套DMD使用的复位芯片,为DMD提供特定的复位电压。
USB3.0的峰值速度理论上可以达到5.0Gbps,由于USB是基于计算机时间片的方式,因此速度跟计算机CPU的负载也有很大关系。在本***中实现平均速度大概在1.2Gbps左右。CYUSB3014芯片主要实现USB3.0数据协议的转换,通过CYUSB3014内部固件的编程,使它工作在slave fifo模式,用户不需要关心USB的物理协议,而只需要关心芯片的用户接口,简化设计过程。CYUSB3014与FPGA的接口是通过并行的接口实现,接口数据32位,时钟频率50MHz,数据率可以达到1.5Gbps左右。核心控制板和DMD驱动板间的高速接口采用并口同步传输的形式,若干块DMD驱动板复用这条高速接口。采用32位数据线,4位编号线(4位编号线共可扩展16块DMD驱动板),另外还包括时钟信号、握手信号和同步信号。地址线用于选中当前给哪块DMD驱动板发送图像数据。高速接口的时钟采用50MHz。同步信号使9块DMD翻转步调统一。
本发明的显著特点在于以下几点:
(1)通过多个DMD拼接方式可以实现曝光的大尺寸及高精度。通过高速USB总线从主机端获取曝光的二值图像;
(2)核心控制板和DMD驱动板间通过带有编号的高速接口实现曝光数据的灵活传输;
(3)拼接DMD的数量及排列方式可灵活配置;
(4)可通过主机发命令方式来同步开启和关闭DMD,实现DMD芯片同步翻转,保证所有子图像曝光的的均匀性和精度。
参考图4所示,一种多DMD拼接的曝光方法,适用于上述***,包括以下步骤:
主机将二值图像分割成多个子图像,并对每个子图像进行编号,并依序将子图像通过USB线缆发送至核心控制板,具体包括初始化FPGA内部寄存器,读取大幅二值图像分割成若干个子图像,通过USB总线发送到核心控制板,
核心控制板接收子图像,并根据编号将子图像通过并行总线同步发送至多个DMD驱动板,核心控制板接收一幅图像的子图像完毕后,将编号和子图像发送到DMD驱动板,
DMD驱动板根据编号接收子图像,并驱动DMD芯片对子图像进行同步翻转,实现投影曝光。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明,但所属领域的技术人员应该明白,在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内,在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化,均为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种多DMD拼接的曝光***,其特征在于:包括主机、核心控制板、多个DMD驱动板和DMD芯片,所述的主机与核心控制板通过USB线缆相连,核心控制板和DMD驱动板间通过并行总线相连,DMD芯片与DMD驱动板相连,所述主机用于将二值图像分割成多个子图像,并对每个子图像进行编号,并依序将子图像通过USB线缆发送至核心控制板,所述核心控制板用于接收子图像,并根据编号将子图像通过并行总线同步发送至多个DMD驱动板,所述DMD驱动板根据编号接收子图像,并驱动DMD芯片对子图像进行同步翻转,实现投影曝光。
2.根据权利要求1所述的一种多DMD拼接的曝光***,其特征在于:所述核心控制板包括电源管理模块、USB3.0接口、FPGA模块和高速并行接口,所述电源管理模块为USB3.0接口、FPGA模块和高速并行接口供电,所述USB3.0接口通过USB线缆与主机连接,所述USB3.0接口还通过并行接口与FPGA模块连接,并实时将接收到的子图像发送至FPGA模块,FPGA模块将子图像存储至FIFO缓存,FPGA模块从FIFO缓存中读出数据,通过高速并行接口传输至DMD驱动板。
3.根据权利要求1所述的一种多DMD拼接的曝光***,其特征在于:所述DMD驱动板包括FPGA核心驱动模块、DMD芯片和DAD芯片,所述FPGA核心驱动模块与DMD芯片和DAD芯片连接,DAD芯片与DMD芯片连接,FPGA核心驱动模块接收高速并行接口发送的子图像,并缓存在FIFO中,通过FPGA编写的DAD芯片和DMD芯片驱动状态机控制图像数据写入DMD,实现子图像曝光。
4.一种多DMD拼接的曝光方法,适用于权利要求1至3任一***,其特征在于:包括以下步骤:
主机将二值图像分割成多个子图像,并对每个子图像进行编号,并依序将子图像通过USB线缆发送至核心控制板,
核心控制板接收子图像,并根据编号将子图像通过并行总线同步发送至多个DMD驱动板,
DMD驱动板根据编号接收子图像,并驱动DMD芯片对子图像进行同步翻转,实现投影曝光。
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