CN108073043A - 一种直写式丝网制版***的光均匀性补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光直写式丝网制版***的光均匀性补偿方法，过程如下：空间光调制器投影全白图得到投影图像；电荷耦合元件获取投影图像的光强分布并形成灰度分布图；获取灰度分布图的列灰度数据并以列灰度数据为基础进行灰度补偿运算获取灰度补偿数据；将灰度补偿数据形成灰度表格数据并发送到数据处理***中；在数据处理***中利用灰度表格数据对等待曝光的图形数据进行补偿运算，得到补偿处理后的数据；由数据处理***将补偿处理后的数据写入空间光调制器中以调制空间光调制器的输出，实现对光均匀性的补偿。本发明的光均匀性补偿方法采用线补偿的形式，运算量小，实现简单。

Description

一种直写式丝网制版***的光均匀性补偿方法
技术领域
本发明涉及丝网制版技术领域，具体涉及一种直写式丝网制版***的光均匀性补偿方法。
背景技术
传统的丝网制版***，需要通过晒版机使用菲林进行制版。菲林与早期的照相机底片类似。使用菲林进行制版流程如下：将带有图像的菲林贴在已涂敷感光胶的丝网网版上，使用汞灯照射菲林，菲林上有图形部分可以透射光线，使网版的感光胶感光，将感光的网版进行显影，显影之后未感光的部分会被显影液溶解，从而在网版上形成图形。
传统的利用菲林制版的方法存在如下缺陷：
1、耗材成本高昂，传统丝网印刷制版方法需要使用照排机制作菲林，多色印刷需要多张菲林，晒版后菲林即遭废弃，与直接制版相比耗材成本较高；
2、增加工序，导致制版效率低下：传统丝网印刷制版过程需首先制作图案底片，再经晒版机制版工艺周期较长，制版效率低下，由此还可能导致更多的问题点出现以及人工成本、时间成本的增加；
3、菲林易损坏：菲林本身易变形易被划伤，导致其使用寿命大大受影响；
4、无法制作超大网版：受菲林本身面积的限制，传统的制版方法无法制作超大网版；
5、图像精度差，无法满足小线宽图形的制版：由于传统丝网印刷制版方法是通过图案底片与感光胶接触曝光复制而完成的，因而复制过程中会造成图像细节的损失，图像精度低于原稿，该现象在厚感光胶的晒版过程中尤为明显，因此传统菲林制版通常仅适用于50μm以上的线宽。
近年来，研究者们也进行了一些直接制版的尝试。其中，直写式丝网制版***(DIS)因其工序简单、图像精度高、写入效率快等优势越来越受到青睐。直写式丝网制版***一般由主机、运动***、光源驱动控制器(LSC)、光源(LS)、可编程数据控制器(PDC)，空间光调制器(SLM)、位置误差修正模块以及通信模块等组成。其中，主机用于总控，运动***控制网版以及光学***(包括LS、SLM及其他一些用于匀光、聚焦的光学元件)的运动，光源驱动控制器控制光源的开关状态以及光强，光源提供曝光时所需的能量，PDC与主机直接相连，在主机的控制下驱动SLM完成曝光任务。工作过程中，PDC接收由主机传来的版图数据以及运动***传来的网版位置数据，实时生成曝光需要的光学图案并驱动SLM完成曝光任务实现直写式制版。SLM在PDC的驱动下，在光源的照射的作用下，在基底网版上投射不同的图案。
在DIS中，光均匀性对曝光图形的质量影像非常的大。如果仅从照明***本身改善光均匀性，设计、加工和装配的难度都很大。我国专利号为CN 101226343A的发明专利中公开了而一种采用灰度补偿制提高光刻曝光能量均匀性的方法，但该方法中的灰度补偿需要为每个像素单元分别进行数据补偿，计算量大。
发明内容
本发明的目的就是针对上述不足，提供适用于直写式丝网制版***的一种简单并且计算量小的光均匀性补偿方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种直写式丝网制版***的光均匀性补偿方法，该方法通过获取空间光调制器投影图像的灰度分布图然后进行补偿运算，再使用补偿数据调制空间光调制器的光输出实现对光均匀性的补偿
本发明的技术方案如下：
一种直写式丝网制版***的光均匀性补偿方法，用于对直写式丝网制版***中光均匀性进行补偿，所述直写式丝网制版***由可编程数据控制器根据版图中的图形位置和网版的位置实时生成曝光需要的光学图案并驱动空间光调制器完成曝光任务实现直写式制版。所述光均匀性补偿方法的过程为：空间光调制器投影全白图得到投影图像，电荷耦合元件获取投影图像的光强分布并形成灰度分布图，获取灰度分布图的列灰度数据，以列灰度数据为基础进行灰度补偿运算获取灰度补偿数据，将灰度补偿数据形成灰度表格数据并发送到数据处理***中，在数据处理***中利用灰度表格数对等待曝光的图形数据进行补偿运算，得到补偿处理后的数据，并由数据处理***将补偿处理后的数据写入空间光调制器中以调制空间光调制器的输出，实现对光均匀性的补偿。
其中，所述投影图像的获取过程为：将所述空间光调制器置于全开状态，照明光源发出的光经过复眼***转变为面光源，面光源经过光学照明***照射到所述空间光调制器上，空间光调制器将入射光调制后经光路成像在电荷耦合元件上，电荷耦合元件获取的图像即为空间光调制器投影图像。
其中，所述面光源的光均匀度大于95%。
其中，所述投影全白图是指照射到空间光调制器的光全部反射或折射到所述电荷耦合原件上。
其中，所述电荷耦合元件的工作状态为非饱和。
其中，所述获取灰度分布图的列灰度数据的方法是将所述投影图像的灰度分布图中同一列的点的灰度值累加。
其中，所述灰度补偿运算的方法是：
将所述列灰度数据均按计算式进行运算，得到第一次运算后的列灰度数据，其中，表示列灰度数据，表示灰度的最小值，表示对列的灰度数据进行第一次运算后的结果；
对所述第一次运算后的列灰度数据按计算式进行运算，得到第二次运算后的列灰度数据，其中，表示对列的灰度数据进行第二次运算后的结果；
对所述第二次运算后的列灰度数据按计算式进行运算，得到灰度补偿数据，其中H表示空间光调制器的行数，表示灰度补偿数据。
其中，所述补偿运算的方法是将所述等待曝光的图形数据按行与所述灰度表格数据相乘。
其中，所述将补偿处理后的数据写入空间光调制器中的方法是：
对所述空间光调制器的行进行划分，将其分成若干个分区，其中，每一分区包含的行数满足第i个分区的行数为2i行;
所述数据处理***将所述补偿处理后的数据写入所述空间光调制器中时，将所述补偿处理后的数据转化为二进制数，若当前曝光点对应在所述空间光调制器的第i个分区时，将所述二进制数的第i位写入所述空间光调制器的对应位置中。
本发明的有益技术效果如下：
本发明的一种直写式丝网制版***的光均匀性补偿方法采用先补偿的方式，即采用空间光调制器投影图像的列灰度数据为基础进行灰度补偿，使补偿的数据量大大降低，由于扫描曝光在列方向具有能量积分的特点，因而本发明的采用列灰度数据作为基础进行灰度补偿可以实现与点能量灰度补偿同等的补偿效果。
附图说明
图1是本发明实施例涉及的直写式丝网制版***的模块组成图；
图2是本发明实施例的直写式丝网制版***光均匀性补偿方法的流程图；
图3是本发明实施例中对空间光调制器的行进行划分的分区示意图；
图4是本发明实施例的曝光示意图；
附图标记说明：
1——主机，2——运动***，2-1——步进平台，2-2——扫描平台，2-3——平台驱动器，3——光源驱动控制器，4——光源，5——可编程数据控制器，6——空间光调制器，7——主动聚焦模块，8——光学镜头，9——位置误差修正模块，10——通信模块。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
以下是本发明的具体实施方式。
本发明的光均匀性补偿方法适用于DIS丝网制版***，图1是本实施例涉及的DIS丝网制版***的模块示意图。如图1所示，该***包括主机1、运动***2、光源驱动控制器3、光源4、可编程数据控制器5，空间光调制器6、主动聚焦模块7、光学镜头8、位置误差修正模块9以及通信模块10。
主机1可以是PC、各类服务器或各类工控机。主机1的主要作用是接收版图、缓存版图和预处理版图以及总控PDC、LSC、AF和运动***协同工作。所涉及的版图一般由CAM软件负责生成，其格式可以是PDF、GDSII、GERBER、ODB++、TIF、BMP、DWG或DPF等。
运动***2由步进平台2-1、扫描平台2-2以及平台驱动器2-3组成，其中平台驱动器2-3与主机1相连并驱动步进平台2-1和扫描平台2-2运动。步进平台2-1承载网版并带动网版在步进方向运动，扫描平台2-2承载主动聚焦模块7和光学镜头8并带动主动聚焦模块7和光学镜头8在扫描方向连续运动。扫描方向和步进方向相互垂直，但均平行于网版平面。
光源驱动控制器3控制光源4的开关状态以及光强；光源用于提供曝光时所需要的光能量，曝光时，光源处于常开的恒流状态。本实施例中使用的光源是激光器。
可编程数据控制器5与主机直接相连1，在主机1的控制下驱动空间光调制器6完成曝光任务。可编程数据控制器5由随机存储器(RAM)、现场可编程门阵列(FPGA)以及空间光调制器控制芯片(SLMC)组成。可编程数据控制器5解析由主机1传来的矢量图形或位图，将其按***参数进行处理，然后生成SLMC可接受的格式，并驱动SLMC完成图像的投射工作。本实施例中，使用的SLMC为德州仪器(TI)提供的DLP芯片。
空间光调制器6主要根据图形或图形数据，在光源的照射的作用下，在基底上投射不同的图案。SLM通过对光的反射或折射，根据版图中的图形位置和当前运动***的位置，由PDC实时生成曝光需要的光学图案，驱动SLM以完成曝光任务。数字微镜器件(DMD)是SLM中最常用的一种。本实施例中，使用的SLM为TI提供的DMD。
主动聚焦模块7控制光学镜头8与网版间的距离，使镜头的焦面始终保持在网版平面上；主动聚焦模块7由高速电机、位置传感器和主动聚焦控制器组成。
位置误差修正模块9接收扫描平台2-2发出的实时位置信号，然后对实时位置信号进行修正得到精确位置信号，并将精确位置信号输送至PDC，由PDC根据接收的精确位置信号控制SLM在指定位置投射相应图案。
通信模块10上行与主机1相连，下行与LSC以及AF分别相连，用于接收主机1下发的控制命令并向相应模块分发控制命令。
本实施例的直写式丝网制版***中，由光源、SLM、光学镜头和AF共同组成光学***，其中，光源是照明***的一部分(照明***还包括其他用于匀光、聚焦的光学元件)，而主动聚焦、光学镜头和SLM则构成了光学***的成像部分。主动聚焦***位于SLM的下方。
图2是本实施例的直写式丝网制版***光均匀性补偿方法的流程图，具体包括如下步骤：
在线光源转换为面光源步骤S1中，激光器发出的光经过复眼***由一束激光转变为一个面光源。转换得到的面光源的光均匀度大于95%。
在使用空间光调制器投影全白图步骤S2中，步骤S1中获得的面光源经过照明***照射到DMD上，然后DMD将入射光调制后经光路成像在CCD上，所述CCD获取的图像即为投影图像。
其中，照射到DMD的光全部反射或折射到CCD上，称之为投影全白图。如果投影的并非全白图，意味着有些像素点的光没有反射或折射到达CCD，影响测量的光均匀性的准确性。
其中，CCD的工作状态必须是非饱和状态，否则容易造成捕获的投影图像失真。
在获取投影图像的灰度分布图步骤S3中，使用CCD测量投影图像各位置的光能量，得到投影图像的灰度分布图。
在灰度数据处理步骤S4中，将投影图像的灰度分布图中同一列的点的灰度值累加，得到列灰度数据；
将列灰度数据按以下计算式进行运算
，
得到第一次运算后的列灰度数据，其中，表示列的灰度数据，表示灰度的最小值，表示对列的灰度数据进行第一次运算后的结果；
对第一次运算后的列灰度数据按以下计算式进行运算
,
得到第二次运算后的列灰度数据，其中，表示对列的灰度数据进行第二次运算后的结果；
对第二次运算后的列灰度数据按以下计算式进行运算
,
得到灰度补偿数据，其中表示空间光调制器的行数，表示灰度补偿数据。
在灰度表格数据传输步骤S5中，将灰度补偿数据形成灰度表格数据，该灰度表格为1行n列的表格，如表1所示，其中每一列对应一个的值，i=1,2,3,……n；灰度表格数据传输至数据处理***（DPS）中。本实施例中，DPS指的是PDC。
表1 灰度数据表格示意
……
在使用灰度表格数据对等待曝光的图形数据进行补偿运算步骤S6中，主机将待曝光的图形数据发送到DPS中，DPS将待曝光的数据按行与灰度表格相乘，从而得到每个点曝光的次数。补偿处理后的数据被保存在双倍速率同步动态随机存储器(DDR)中。
在对DMD的行进行划分步骤S7中，将SLM的行分成n个分区，其中，每个分区包含的行数满足第i分的行数为2i行。
DMD的行划分示意图如图3所示，其中，第1分区包含一行，即第一行；第2分区包含两行，即第2-3行；第三分区包含8行，即第4-11行。
在将补偿处理后的数据写入空间光调制器步骤S8中，DPS在扫描平台的同步信号的控制下，将DDR中的数据读取并写入DMD中。写入时，将补偿处理后的数据转化为二进制数，若当前曝光点对应在DMD的第i个分区时，将所述二进制数的第i位写入所述空间光调制器的对应位置中。
图4为使用8行DMD镜片曝光一个灰度值为5的图形数据中的一列的示意图。5表示为二进制数是101。
t0时刻，第一分区第一行对应在曝光点上，因此，将二进制的第一位的数据1写在对应的镜片上；
t1时刻，第二分区第一行对应在曝光点上，因此，将二进制的第二位的数据0写在对应的镜片上
t2时刻，第二分区第二行对应在曝光点上，因此，将二进制的第二位的数据0写在对应的镜片上
t3时刻，第三分区第一行对应在曝光点上，因此，将二进制的第三位的数据1写在对应的镜片上
t4时刻，第三分区第二行对应在曝光点上，因此，将二进制的第三位的数据1写在对应的镜片上
t5时刻，第三分区第三行对应在曝光点上，因此，将二进制的第三位的数据1写在对应的镜片上
t6时刻，第三分区第四行对应在曝光点上，因此，将二进制的第三位的数据1写在对应的镜片上。
t4时刻，所有镜片移出曝光区域，不在曝光。
通过上述的扫描方式，实现对所有点的灰度曝光，改善光均匀性。
光均匀性补偿完毕后，DMD在同步信号的控制下将图形转移到网版上。同时，一个同步信号平台移动一行或者多行的图形数据的距离，平台一次移动距离必须是一个光斑的整数倍，且远小于空间光学调制器的行数，从而达到图形在扫描方向的叠加。
以上应用具体实施例对本发明的技术方案进行了详细阐述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。同时，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种直写式丝网制版***的光均匀性补偿方法，用于对直写式丝网制版***中光均匀性进行补偿，所述直写式丝网制版***由可编程数据控制器根据版图中的图形位置和网版的位置实时生成曝光需要的光学图案并驱动空间光调制器完成曝光任务实现直写式制版，其特征在于，所述光均匀性补偿方法的过程为：空间光调制器投影全白图得到投影图像；电荷耦合元件获取投影图像的光强分布并形成灰度分布图；获取灰度分布图的列灰度数据并以列灰度数据为基础进行灰度补偿运算获取灰度补偿数据；将灰度补偿数据形成灰度表格数据并发送到数据处理***中；在数据处理***中利用灰度表格数据对等待曝光的图形数据进行补偿运算，得到补偿处理后的数据；由数据处理***将补偿处理后的数据写入空间光调制器中以调制空间光调制器的输出，实现对光均匀性的补偿。
2.根据权利要求1所述的一种直写式丝网制版***的光均匀性补偿方法，其特征在于，所述投影图像的获取过程为：将所述空间光调制器置于全开状态，照明光源发出的光经过复眼***转变为面光源，所述面光源经过光学照明***照射到所述空间光调制器上，所述空间光调制器将入射光调制后经光路成像在所述电荷耦合元件上，所述电荷耦合元件获取的图像即为所述投影图像。
3.根据权利要求2所述的一种直写式丝网制版***的光均匀性补偿方法，其特征在于：所述面光源的光均匀度大于95%。
4.根据权利要求1所述的一种直写式丝网制版***的光均匀性补偿方法，其特征在于：所述投影全白图是指照射到所述空间光调制器的光全部反射或折射到所述电荷耦合原件上。
5.根据权利要求1所述的一种直写式丝网制版***的光均匀性补偿方法，其特征在于：所述电荷耦合元件的工作状态为非饱和。
6.根据权利要求1所述的一种直写式丝网制版***的光均匀性补偿方法，其特征在于：所述获取灰度分布图的列灰度数据的方法是将所述投影图像的灰度分布图中同一列的点的灰度值累加。
7.根据权利要求1所述的一种直写式丝网制版***的光均匀性补偿方法，其特征在于，所述灰度补偿运算的方法是：
将所述列灰度数据均按计算式进行运算，得到第一次运算后的列灰度数据，其中，表示列灰度数据，表示灰度的最小值，表示对列的灰度数据进行第一次运算后的结果；
对所述第一次运算后的列灰度数据按计算式进行运算，得到第二次运算后的列灰度数据，其中，表示对列的灰度数据进行第二次运算后的结果；
对所述第二次运算后的列灰度数据按计算式进行运算，得到所述灰度补偿数据，其中H表示空间光调制器的行数，表示灰度补偿数据。
8.根据权利要求1所述的一种直写式丝网制版***的光均匀性补偿方法，其特征在于：所述补偿运算的方法是将所述等待曝光的图形数据按行与所述灰度表格数据相乘。
9.根据权利要求1所述的一种直写式丝网制版***的光均匀性补偿方法，其特征在于，所述将补偿处理后的数据写入空间光调制器中的方法是：
对所述空间光调制器的行进行划分，将其分成若干个分区，其中，每一分区包含的行数满足第i个分区的行数为2i行;
所述数据处理***将所述补偿处理后的数据写入所述空间光调制器中时，将所述补偿处理后的数据转化为二进制数，若当前曝光点对应在所述空间光调制器的第i个分区时，将所述二进制数的第i位写入所述空间光调制器的对应位置中。
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