CN108305231B - 一种无掩膜光刻技术中的镜头畸变矫正方法 - Google Patents

一种无掩膜光刻技术中的镜头畸变矫正方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108305231B
CN108305231B CN201810132488.1A CN201810132488A CN108305231B CN 108305231 B CN108305231 B CN 108305231B CN 201810132488 A CN201810132488 A CN 201810132488A CN 108305231 B CN108305231 B CN 108305231B
Authority
CN
China
Prior art keywords
image
distortion
lens
calculating
pixel point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810132488.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108305231A (zh
Inventor
杨刚
吴晨枫
郑春红
石峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN201810132488.1A priority Critical patent/CN108305231B/zh
Publication of CN108305231A publication Critical patent/CN108305231A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108305231B publication Critical patent/CN108305231B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/80—Geometric correction
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T3/00—Geometric image transformations in the plane of the image
    • G06T3/40—Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting
    • G06T3/4007—Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting based on interpolation, e.g. bilinear interpolation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10004—Still image; Photographic image

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

一种无掩膜光刻技术中的镜头畸变矫正方法，包括以下步骤：1、根据DMD微镜面积的大小，计算在微镜中图像上每个像素点与图像中心点的实际距离；2、通过镜头与DMD微镜之间的距离和像素点与中心点的距离计算像素点与光轴的角度；3、根据镜头出厂时的畸变参数计算每个像素点的畸变量；4、利用计算得到的畸变量修正原始图像，得到预畸变图像。本发明可以大幅度矫正因光学***导致的图像畸变，避免由于光学镜头生产中本身误差因素而带来的缺陷，更加精确的实现PCB线路曝光。

Description

一种无掩膜光刻技术中的镜头畸变矫正方法
技术领域
本发明属于印刷电路板行业无掩模光刻技术领域，具体涉及一种无掩膜光刻技术中的镜头畸变矫正方法。
背景技术
无掩膜光刻技术是下一代平行光曝光设备的主要发展方向，将有逐步取代掩膜曝光的趋势。其实现主要是将工程设计的PCB线路图通过DMD***均匀无失真的投射在预曝光的基材上。其中需要通过光学设计,将UV LED光转换为均匀的平行光线，为DMD提供优质的光源。最终对PCB线路图分解后，经过曝光镜头的光学***投影到光刻胶上，并结合运动控制技术实现精准图像定位,使图像和图像间无缝连接，形成要求的曝光图形。
无掩膜光刻***采用DMD进行投影，此外还需要通过镜头实现放大图像、调焦、对焦等功能。在镜头设计和制造过程中存在一定程度的光学误差，因此会导致投影到光刻胶上的曝光图像产生非线性畸变，使得后续工艺上很难完成多帧图像间的无缝拼接，大大降低了PCB线路生产的精度。
目前关于DMD镜头畸变矫正的方法主要有两个思路：一种是从光学***上，生产制造中来调高镜头光学***的精度；另一种是采用软件对投影图像进行预畸变处理，当预畸变后的投影图像经过镜头的方向畸变后，得到一幅矫正后在误差允许范围内的图像，从而弥补镜头在生产制造过程中的缺陷，降低光刻***成本，提高***的精度需求。
一般来说，镜头出厂时会进行一些相关测试，可以获取到一组入射角度与畸变量相关关系的数据。通过该数据，结合DMD微镜阵列和待曝光图像之间的映射关系，利用三次样条插值算法可以精确的计算出每个像素点的畸变量，最终完成整幅图像的预畸变处理，提高投影后图像的精度。
发明内容
为了克服上述现有技术中曝光镜头制造上的缺陷，本发明的目的是提供一种提出一种基于DMD的无掩模光刻技术中镜头畸变矫正方法，根据镜头出厂参数和光路的可逆性原理，计算图像经过镜头投影产生的非线性畸变量，然后利用得到的畸变量，并结合图像中像素点在所建立的图像坐标系中的位置，求得畸变量在水平方向和垂直方向的投影，最后进行反向移位得到最终的预畸变图像。用于对投影图像进行方向预畸变处理，降低对DMD镜头精度的要求，从而降低光刻***成本，可以用于在投影因镜头光学***导致畸变的多种场合。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种无掩模光刻技术中的镜头畸变矫正方法，包括以下步骤：
步骤1、根据DMD微镜的面积和图像的尺寸，按照映射关系计算在DMD微镜中图像上每个像素点与中心点的距离aij；
1)建立以图像的中心点作为原点，水平方向为x轴，垂直方向为y轴建立图像坐标系xO2y，然后计算像素点在图像坐标系中的坐标(i，j)；
2)根据DMD微镜面积与图像尺寸之间的映射关系，即如果图像进行完全投影，则在投影时图像将等比变换为DMD微镜的大小，因此利用像素点的位置计算出像素点与图像中心的实际距离aij；
步骤2、根据镜头出厂参数计算得出镜头与DMD微镜之间的水平距离b，然后结合第一步中得到的图像上每个像素点与中心点的距离aij，然后利用反三角函数计算得出每个像素点与镜头光轴的夹角θij；
步骤3、根据镜头出厂时的畸变参数和每个像素点与光轴的夹角θij计算得到每个像素点的畸变量zij，并且利用像素点的位置计算得到在水平方向上的畸变量xij和垂直方向上的畸变量yij；
1)根据镜头出厂参数可知，镜头的非线性畸变与入射光线与镜头光轴的夹角有关，具体畸变量与变化曲线如图1所示，因此可以利用三次样条插值算法拟合出第二步中获得的夹角θij产生的非线性畸变量zij；
2)利用像素点的位置计算畸变量zij在水平方向上的投影xij和垂直方向上的投影yij，具体计算公式为：
Figure BDA0001575314560000031
Figure BDA0001575314560000032
步骤4、在于保证印刷电路板图像信息不丢失的情况下，根据第三步中得到的水平和垂直方向上的畸变量(xij，yij)对原始图像中的像素点进行反向移位处理，从而得到预畸变图像。
本发明的有益效果是：
本发明使用基于通过镜头出厂导出的畸变参数值，结合三次样条插值法，计算出每个像素点对应的畸变量(xij，yij)，即可对待曝光图像进行对应的预畸变处理，利用预畸变处理后的图片，从而矫正DLP经光学***投影后的图像畸变，提高了PCB线路图曝光过程的精度。通过计算每个像素点的畸变参数值，进行反向预畸变处理得到最终预畸变后的图片，可以保证投影出来的图片满足工业生产需求，避免由于光学镜头生产中本身误差因素而带来的缺陷，可以降低对镜头采购精度的要求，节约生产成本。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2是本发明中入射光线与镜头光轴的夹角与畸变量的曲线图。
图3是本发明镜头坐标系和图像坐标以及预畸变量计算示意图。
图4是本发明的测试的一副标准投影帧图像。
图5是本发明的对标准投影帧图像预畸变处理后的帧图像。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步阐述，但是本发明不局限于以下实施。
如图1所示，一种无掩模光刻技术中的镜头畸变矫正方法，包括以下步骤：
步骤1、根据DMD微镜的面积和图像的尺寸，按照映射关系计算在DMD微镜中图像上每个像素点与中心点的距离aij；
1)建立以图像的中心点作为原点，水平方向为x轴，垂直方向为y轴建立图像坐标系xO2y，然后计算像素点在图像坐标系中的坐标(i，j)；
2)根据DMD微镜面积与图像尺寸之间的映射关系，即如果图像进行完全投影，则在投影时图像将等比变换为DMD微镜的大小，因此利用像素点的位置计算出像素点与图像中心的实际距离aij；
步骤2、根据镜头出厂参数计算得出镜头与DMD微镜之间的水平距离b，然后结合第一步中得到的图像上每个像素点与中心点的距离aij，然后利用反三角函数计算得出每个像素点与镜头光轴的夹角θij；
步骤3、根据镜头出厂时的畸变参数和每个像素点与光轴的夹角θij计算得到每个像素点的畸变量zij，并且利用像素点的位置计算得到在水平方向上的畸变量xij和垂直方向上的畸变量yij；
1)根据镜头出厂参数可知，镜头的非线性畸变与入射光线与镜头光轴的夹角有关，具体畸变量与变化曲线如图1所示，因此可以利用三次样条插值算法拟合出第二步中获得的夹角θij产生的非线性畸变量zij；
2)利用像素点的位置计算畸变量zij在水平方向上的投影xij和垂直方向上的投影yij，具体计算公式为：
Figure BDA0001575314560000041
Figure BDA0001575314560000042
步骤4、在于保证印刷电路板图像信息不丢失的情况下，根据第三步中得到的水平和垂直方向上的畸变量(xij，yij)对原始图像中的像素点进行反向移位处理，从而得到预畸变图像。
实施例
如图3所示，步骤1、根据DMD微镜阵列大小和图像的尺寸，按照映射关系计算在DMD微镜中图像上每个像素点与中心点的距离aij；
1)并结合上述步骤，DMD微镜阵列大小视DLP型号而定，不同型号DLP对应微镜阵列略有不同，以DLP4500为例，微镜阵列封装尺寸9.1mm x 20.7mm。图像的尺寸为1280*800，由此计算出微镜中心到微镜边缘顶点距离为aij。
步骤2、通过镜头出厂参数，如图2所示，计算镜头与DMD微镜之间的水平距离b，结合上述步骤中得到的aij可知图像中每个像素点与镜头光轴的夹角θij；
1)根据镜头出厂参数可知，镜头的非线性畸变与入射光线与镜头光轴的夹角有关，具体畸变量与变化曲线如图3所示，因此可以利用三次样条插值算法拟合出第二步中获得的夹角θij产生的非线性畸变量zij；
2)利用像素点的位置计算畸变量zij在水平方向上的投影xij和垂直方向上的投影yij，具体计算公式为：
Figure BDA0001575314560000051
Figure BDA0001575314560000052
步骤3、在于保证印刷电路板图像信息不丢失的情况下，根据第三步中得到的水平和垂直方向上的畸变量(xij，yij)对原始图像中的像素点进行反向移位处理，从而得到预畸变图像，如图5所示。最终可以保证经DLP投影后的曝光图片满足线路板生产需求，并取得良好效果。
本发明的实际效果可以通过以下实验进一步说明。
1.实验条件及内容说明：
本实验采用DLP4500平台进行图像投影曝光，DMD微镜阵列封装尺寸9.1mm*20.7mm，待曝光图像大小为1280*800，图像采用PC端HDMI接口传输到DLP，曝光时长为6s。
为了方便测试，待曝光图像采用“回”字形线条，如图4所示，设置线条宽度为由外到内从1个像素递增至8个像素，并在图像中间设置“十”字基准线(中间畸变基本可忽略)。实际测试数据如下表：
表一测试数据
Figure BDA0001575314560000061
2.实验结果说明：
实验测量数据分别为“回”字最外层上边长，下边长及“十”字与外边相交两点长；“回”字最外层左边宽，右边宽及“十”字与外边相交两点宽，依据公式：
Figure BDA0001575314560000062
结合表一，可以求出未经过预畸变处理图像投影后的图像，上边长、下边长误差百分比分别为0.2465％、0.2181％，左边长、右边长误差百分比分别为0.1897％、0.2155％，预畸变处理图像投影后的图像上边长、下边长误差百分比分别为0.0497％、0.0674％，左边长、右边长误差百分比分别为0.0544％、0.0744％。由此可得，经过预畸变处理后的图像，可以大幅度矫正因光学***导致的图像畸变。

Claims (1)

1.一种无掩模光刻技术中的镜头畸变矫正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据DMD微镜的面积和图像的尺寸，按照映射关系计算在DMD微镜中图像上每个像素点与中心点的距离aij；
1)建立以图像的中心点作为原点，水平方向为x轴，垂直方向为y轴建立图像坐标系xO2y，然后计算像素点在图像坐标系中的坐标(i，j)；
2)根据DMD微镜面积与图像尺寸之间的映射关系，即如果图像进行完全投影，则在投影时图像将等比变换为DMD微镜的大小，因此利用像素点的位置计算出像素点与图像中心的实际距离aij；
步骤2、根据镜头出厂参数计算得出镜头与DMD微镜之间的水平距离b，然后结合步骤1中得到的图像上每个像素点与中心点的距离aij，然后利用反三角函数计算得出每个像素点与镜头光轴的夹角θij；
步骤3、根据镜头出厂时的畸变参数和每个像素点与光轴的夹角θij计算得到每个像素点的畸变量zij，并且利用像素点的位置计算得到在水平方向上的畸变量xij和垂直方向上的畸变量yij；
1)根据镜头出厂参数可知，镜头的非线性畸变与入射光线与镜头光轴的夹角有关，因此利用三次样条插值算法拟合出步骤2中获得的夹角θij产生的非线性畸变量zij；
2)利用像素点的位置计算畸变量zij在水平方向上的投影xij和垂直方向上的投影yij，具体计算公式为：
Figure FDA0003164006780000011
Figure FDA0003164006780000012
步骤4、在于保证印刷电路板图像信息不丢失的情况下，根据步骤3中得到的水平和垂直方向上的畸变量(xij，yij)对原始图像中的像素点进行反向移位处理，从而得到预畸变图像。
CN201810132488.1A 2018-02-09 2018-02-09 一种无掩膜光刻技术中的镜头畸变矫正方法 Active CN108305231B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810132488.1A CN108305231B (zh) 2018-02-09 2018-02-09 一种无掩膜光刻技术中的镜头畸变矫正方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810132488.1A CN108305231B (zh) 2018-02-09 2018-02-09 一种无掩膜光刻技术中的镜头畸变矫正方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108305231A CN108305231A (zh) 2018-07-20
CN108305231B true CN108305231B (zh) 2021-08-27

Family

ID=62865010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810132488.1A Active CN108305231B (zh) 2018-02-09 2018-02-09 一种无掩膜光刻技术中的镜头畸变矫正方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108305231B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI724705B (zh) 2019-12-20 2021-04-11 財團法人工業技術研究院 工作件之設計圖像的補償方法及處理系統
CN113079323B (zh) * 2021-03-31 2022-02-11 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种基于二维熵的航天遥感载荷自动曝光方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103218786A (zh) * 2013-04-23 2013-07-24 西北工业大学 一种基于非线性逆映射机理的严重桶形畸变图像校正方法
CN105528770A (zh) * 2015-12-31 2016-04-27 河北工业大学 一种投影仪镜头畸变校正方法
CN106773547A (zh) * 2017-01-13 2017-05-31 西安电子科技大学 一种基于自动校准的全自动无掩膜曝光方法
CN106815805A (zh) * 2017-01-17 2017-06-09 湖南优象科技有限公司 基于Bayer图像的快速畸变校正方法
CN107343130A (zh) * 2017-08-17 2017-11-10 中国人民解放军国防科技大学 一种基于dmd动态分光的高动态成像模块
CN107490846A (zh) * 2017-09-18 2017-12-19 上海理鑫光学科技有限公司 一种投影镜头
CN107633489A (zh) * 2017-09-18 2018-01-26 哈尔滨工业大学深圳研究生院 鱼眼镜头圆心重提取映射法畸变矫正方法
CN107665483A (zh) * 2017-09-27 2018-02-06 天津智慧视通科技有限公司 免定标便捷的单目镜头鱼眼图像畸变矫正方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4085283B2 (ja) * 2005-02-14 2008-05-14 セイコーエプソン株式会社 画像処理システム、プロジェクタ、プログラム、情報記憶媒体および画像処理方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103218786A (zh) * 2013-04-23 2013-07-24 西北工业大学 一种基于非线性逆映射机理的严重桶形畸变图像校正方法
CN105528770A (zh) * 2015-12-31 2016-04-27 河北工业大学 一种投影仪镜头畸变校正方法
CN106773547A (zh) * 2017-01-13 2017-05-31 西安电子科技大学 一种基于自动校准的全自动无掩膜曝光方法
CN106815805A (zh) * 2017-01-17 2017-06-09 湖南优象科技有限公司 基于Bayer图像的快速畸变校正方法
CN107343130A (zh) * 2017-08-17 2017-11-10 中国人民解放军国防科技大学 一种基于dmd动态分光的高动态成像模块
CN107490846A (zh) * 2017-09-18 2017-12-19 上海理鑫光学科技有限公司 一种投影镜头
CN107633489A (zh) * 2017-09-18 2018-01-26 哈尔滨工业大学深圳研究生院 鱼眼镜头圆心重提取映射法畸变矫正方法
CN107665483A (zh) * 2017-09-27 2018-02-06 天津智慧视通科技有限公司 免定标便捷的单目镜头鱼眼图像畸变矫正方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Distortion correction for a wide-angle lens based on real-time digital image processing;Jiang Jie et al;《Optical Engineering》;20030731;第42卷(第7期);第2029-2039页 *
具有在线形貌矫正能力的组织体光学参数测量***;赵会娟等;《光子学报》;20170508;第46卷(第8期);第141-148页 *
基于三次样条插值的IRFPA非均匀性校正算法;李恩科等;《光子学报》;20100302;第38卷(第11期);第3016-3020页 *
基于纯平移两视图几何的镜头畸变参数标定;刘阳等;《光学精密工程》;20160415;第24卷(第4期);第922-929页 *
高动态调光成像***的自失真校正;吴沛等;《光学精密工程》;20151031;第23卷(第10期);第2997-3003页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108305231A (zh) 2018-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109270804B (zh) 倾斜直写曝光机镜头倍率以及偏转角度的标定调整方法
WO2021120422A1 (zh) 一种梯形校正方法、装置和电子设备及可读存储介质
WO2021212978A1 (zh) 标定方法、标定装置和非易失性计算机可读存储介质
WO2016090874A1 (zh) 曝光显影方法、曝光控制***和曝光显影***
KR20080061774A (ko) 액정표시장치의 마스크를 정렬하는 장치 및 방법
CN108305231B (zh) 一种无掩膜光刻技术中的镜头畸变矫正方法
KR20120083854A (ko) 조정 장치, 레이저 가공 장치 및 조정 방법
US9001305B2 (en) Ultra-large size flat panel display maskless photolithography system and method
JP6465591B2 (ja) 描画装置
CN105652607A (zh) 一种用于数字光刻***的光强不均匀性测量与校正方法
WO2023041009A1 (zh) 用于光源模组拼接的标定方法、投影方法及3d打印方法
WO2017130746A1 (ja) 露光装置及び露光方法
CN109581824B (zh) 一种直写式光刻机光均匀性标定方法及***
US9904170B2 (en) Reticle transmittance measurement method, projection exposure method using the same, and projection exposure device
CN106023069B (zh) 一种基于视频流的多dmd曝光方法
JP2009277711A (ja) 露光装置、補正方法及びデバイス製造方法
WO2020151000A1 (zh) 数字化双面光刻或曝光***和方法
CN111338186B (zh) 决定方法、曝光方法、曝光装置以及物品制造方法
WO2024007587A1 (zh) 一种用于dlp3d打印的智能校正控制方法
JP2005221806A (ja) 画像記録装置および基板の製造方法
CN112333436A (zh) 一种投影仪的二维校准方法、投影仪以及校准***
JP2014164036A (ja) 露光マスク製造方法、露光マスクを用いた露光方法、露光マスクを製造するために用いられる基準マスク、および露光マスク
CN102707581A (zh) 一种光刻物镜的畸变补偿方法
TW201341974A (zh) 照明光學系統，曝光設備，及裝置製造方法
CN111432198A (zh) 一种基于透视变换的投影式三维显示***校正方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant