CN116954034B - 用于激光直写曝光机的光源控制方法及*** - Google Patents

用于激光直写曝光机的光源控制方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于激光直写曝光机的光源控制方法及***，属于曝光设备领域。所述***包括：光源控制模块和光源模块，所述光源模块包括多个光源驱动器和对应的光源，光源控制命令和光源同步命令输入光源控制板，所述光源控制板接收命令后，通过板卡内的处理芯片进行命令解析，经过数据解析后产生多组固定时延的同步信号，输出的同步控制信号分别用于控制所述光源驱动器，并进行脉冲控制信号和恒流源控制信号的切换；本发明的用于激光直写曝光设备的光源控制方式，可以有效地解决光源同步，提升了设备的光源使用率，降低光源寿命成本，提升了解析能力和图形边框毛刺降低了补偿难度和报废率。

Description

用于激光直写曝光机的光源控制方法及***
技术领域
本发明涉及用于激光直写曝光机的光源控制方法及***，属于曝光设备领域。
背景技术
激光直写曝光机运行过程中需要将激光通过镜筒照射在DMD数字微镜上，通过DMD数字微镜翻转将由激光器射出、经过整形和匀光的光斑反射在曝光板上，目前常用的激光器有两种，传统激光器射出的光是持续照射在DMD数字微镜上，而脉冲式激光器，可以根据图片翻转要求进行脉冲出光，从而提高图形解析精度和图形边框毛刺。
如今激光直写曝光机越来越多的应用在了防焊制作工艺中，使用混合波段光源适配不同工艺要求下的曝光需求，现有的混合波段光源的控制方法是采用多种光源控制器对不同光源进行单独控制，无法进行同步控制和多种光源控制方式随意切换，每路光源之间输出延时不一致，都会使每路精度不同，从而导致曝光出来的图形拼接错位不一致，信号连贯性偏低，增加补偿难度。如果可以使用一种驱动方式满足不同光源的正常曝光，并且可以进行恒流脉冲方式的随意切换，就可以进一步提高图形解析精度，减少图形边框毛刺，降低产品成本。
现有技术控制光源的结构方式如图1所示，该方案中采用MCU(stm32)的控制芯片控制光源驱动器，MCU芯片的引脚数量较少无法满足多路驱动器的分配控制，且MCU芯片本身的时钟偏移较大，同步性难以保持。
因此，对于不同波段的光源该方案需要多个光源控制器分别对光源进行控制，这种控制方式下，随着光源种类的增加，还需要相应地增加光源控制板和光源驱动板，生产成本不断提高；而且在整个光源控制***中，并无平台同步信号的同步信息，即无法实施混合光源的同步曝光，补偿难度增加。
发明内容
为了减少激光直写曝光机中多路光源控制的实施成本，优化多个光源之间的同步性能从而提升产品质量，本发明提供了用于激光直写曝光机的光源控制方法及***，所述技术方案如下：
本发明的第一个目的在于提供一种用于激光直写曝光机的光源控制***，包括：光源控制模块和光源模块，所述光源模块包括多个光源驱动器和对应的光源；
所述光源控制模块包括光源控制板，光源控制命令和光源同步命令输入光源控制板，所述光源控制板接收命令后，通过板卡内的处理芯片进行命令解析，经过数据解析后产生多组固定时延的同步信号，输出的同步控制信号分别用于控制所述光源驱动器，并进行脉冲控制信号和恒流源控制信号的切换。
可选的，所述光源驱动器包括：并行数模转换器U1、第一运算放大器U2_A、第二运算放大器U2_B、第三运算放大器U3和晶体管Q4；
在所述光源控制板收到光源控制与同步命令并解析后，所述光源控制板发送数模转换器控制信号DACCtrl_S至所述并行数模转换器U1，进行功能配置与输出，所述并行数模转换器U1输出放大器控制信号Ctrl_S，所述放大器控制信号Ctrl_S经过第一运算放大器U2_A的运放放大、所述第二运算放大器U2_B的积分运算，以及第三运算放大器U3的负反馈控制，得到了一个稳定的控制信号使得所述晶体管Q4稳定开关从而点亮光源。
可选的，所述光源控制板的控制芯片采用FPGA控制芯片。
可选的，所述光源控制模块和光源模块集成在同一个板卡上。
可选的，所述光源控制命令和光源同步命令通过RJ45网口输入所述光源控制板。
可选的，所述光源包括：LED光源和/或LD光源。
本发明的第二个目的在于提供一种用于激光直写曝光机的光源控制方法，采用上述任一项所述的光源控制***实现，包括：
S1：光源控制板接收来自上位机发来的命令；
S2：所述光源控制板对接收的光源控制命令和光源同步命令进行解析，取得能量值和出光模式；
S3：基于所述能量值和出光模式对应输出同步控制信号，并分别输入对应的光源驱动器；
S4：所述光源驱动器进行光源点亮和光源脉冲恒流模式控制；
S5：所述光源驱动器反馈同步控制信号；
S6：所述光源控制板接收反馈信号进行分析并调整同步控制信号，进行稳定的输出控制。
本发明有益效果是：
本发明利用光源控制板，产生多组固定时延的同步信号，分别用于控制不同光源的光路驱动器，并且可以进行不同路的单独信号控制，进行脉冲恒流随意切换，在曝光过程中精确地实现了光源同步；此外，采用脉冲驱动方式，相比于现有的恒流控制光源的方式，由原来的10-20ms数量级响应变成百ns数量级响应速度，提升了对光源的使用寿命、控制效率和光源的响应速度。
因此，本发明的用于激光直写曝光设备的光源控制方式，可以有效地解决光源同步，提升了设备的光源使用率，降低光源寿命成本，提升了解析能力和图形边框毛刺降低了补偿难度和报废率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的光源控制***结构框图。
图2是本发明的激光直写曝光设备的混合型脉冲光源控制***结构框图。
图3是本发明的光源控制***结构框图。
图4是本发明的光源控制处理顺序流程图。
图5是现有技术中曝光设备的光源驱动电路图。
图6是本发明的光源驱动电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一：
本实施例提供一种用于激光直写曝光设备的混合型脉冲光源控制***，参见图2，***包括：光源控制模块和光源模块，光源模块包括多个光源驱动器和对应光源。
光源控制模块由光源控制板构成，光源控制板的控制芯片可以选用FPGA控制芯片，可以实现自由定义电路功能，电路具有高度灵活性，在对大规模数据处理时，资源消耗更少，同时FPGA拥有较多的IO管脚，内部编程时钟和信号具有较低延时，能够保持同步性。
光源控制命令和光源同步命令通过两个RJ45网口输入光源控制板，光源控制板接收光源控制和同步命令后，通过板卡内的处理芯片进行命令解析，经过数据解析后产生多组固定时延的同步信号并且通过命令解析可以进行不同路的单独信号控制，输出的同步控制信号分别用于控制不同光源的光源驱动器，并进行脉冲恒流随意切换，在曝光过程中精确地实现了光源同步。采用RJ45网口传输相较于其他如串口数据通信的传输速度更快、传输数据更安全稳定、适用范围更广，且不易受外界因素干扰。
本实施例中，光源控制模块和光源模块可以根据不同的使用需求集成在同一个板卡上，也可以分别设于两个独立板卡上。集成在同一板卡上能够使板卡小型化，在规则的机箱中选择集成化较高的一体式更加方便，而在不规则的机箱中选择两个独立板卡，可以安装在不同位置，增加了机箱内部设计的灵活性。
本实施例的光源驱动器电路结构如图6所示，主要包括：并行DAC U1，运算放大器U2_A、运算放大器U2_B、运算放大器U3和晶体管Q4，在FPGA控制芯片收到光源控制与同步命令后经解析后，FPGA控制芯片发送DACCtrl_S信号，通过控制DACCtrl_S从而对并行DAC U1进行功能配置与输出，U1输出Ctrl_S信号经过U2_A的运放放大，U2_B的积分运算，以及U3的负反馈控制，得到了一个稳定的控制信号使得晶体管Q4稳定开关从而点亮光源。
本实施例的电路中，对于模拟信号的调试进行了多次电路调整，防止运放的振荡，防止负反馈***的振荡，防止脉冲时延过大，对电路进行仿真，测试，修改，再配合U1的信号控制，使得电路可靠可控，使得脉冲上升下降时延在300ns，可以进行1us的脉冲输出。现有光源驱动电路如图5所示，在恒流模式状态下，该驱动方式可以满足高性能的输出控制，但是，在进行脉冲方式的控制中，运放处在不稳定的状态，无法满足带宽需求以及相位裕度较小，导致电路出现振荡，无法满足脉冲输出。
本实施例的光源驱动方式，输入方式为反向输入，反向输入阻抗比正向阻抗小，在输入信号回路上电流变大，抗干扰能力变强，信号稳定。并且在电路中增加电阻电容，增加运放的极点，更改运放的零点，让运放时刻保持在稳定状态，为了让输出信号更加稳定，增加了负反馈***，可以随时随地进行信号预期调整，保证信号输出可靠性，稳定性。
光源驱动器分别对不同的光源进行控制，光源可以是LED光源和/或LD光源，也可以接受控制产生不同波段的光源，如图2所示，本实施例产生了405nm、380nm和375nm三个不同波段的光源。
产生的光源最后分别由光纤导出，如图2所示，纤束部件由纤维束构成：将图2中第一光纤的出射端侧与第二光纤的出射端侧、第三光纤的出射端侧以与曝光中DMD光照区域形状相应的规定的排列捆扎。
实施例二：
本实施例提供一种用于激光直写曝光设备的混合型脉冲光源控制方法，利用实施例一记载的光源控制***实现，包括以下步骤：
S1：光源控制板接收来自上位机发来的命令；
S2：光源控制板对接收的光源控制命令和光源同步命令进行解析，取得能量值和出光模式；
S3：基于能量值和出光模式对应输出同步控制信号，并分别输入对应的光源驱动器；
S4：光源驱动器进行光源点亮和光源脉冲恒流模式控制；
S5：光源驱动器反馈同步控制信号；
S6：光源控制板接收反馈信号进行分析并调整同步控制信号，进行稳定的输出控制。
本发明实施例中的部分步骤，可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，如光盘或硬盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于激光直写曝光机的光源控制***，其特征在于，所述***包括：光源控制模块和光源模块，所述光源模块包括多个光源驱动器和对应的光源；
所述光源控制模块包括光源控制板，光源控制命令和光源同步命令输入光源控制板，所述光源控制板接收命令后，通过板卡内的处理芯片进行命令解析，经过数据解析后产生多组固定时延的同步信号，输出的同步控制信号分别用于控制所述光源驱动器，并进行脉冲控制信号和恒流源控制信号的切换；
所述光源驱动器包括：并行数模转换器(U1)、第一运算放大器(U2_A)、第二运算放大器(U2_B)、第三运算放大器(U3)和晶体管(Q4)；
在所述光源控制板收到光源控制与同步命令并解析后，所述光源控制板发送数模转换器控制信号(DACCtrl_S)至所述并行数模转换器(U1)，进行功能配置与输出，所述并行数模转换器(U1)输出放大器控制信号(Ctrl_S)，所述放大器控制信号(Ctrl_S)经过第一运算放大器(U2_A)的运放放大、所述第二运算放大器(U2_B)的积分运算，以及第三运算放大器(U3)的负反馈控制，得到了一个稳定的控制信号使得所述晶体管(Q4)稳定开关从而点亮光源。
2.根据权利要求1所述的用于激光直写曝光机的光源控制***，其特征在于，所述光源控制板的控制芯片采用FPGA控制芯片。
3.根据权利要求1所述的用于激光直写曝光机的光源控制***，其特征在于，所述光源控制模块和光源模块集成在同一个板卡上。
4.根据权利要求1所述的用于激光直写曝光机的光源控制***，其特征在于，所述光源控制命令和光源同步命令通过RJ45网口输入所述光源控制板。
5.根据权利要求1所述的用于激光直写曝光机的光源控制***，其特征在于，所述光源包括：LED光源和/或LD光源。
6.一种用于激光直写曝光机的光源控制方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-5任一项所述的光源控制***实现，包括：
S1：光源控制板接收来自上位机发来的命令；
S2：所述光源控制板对接收的光源控制命令和光源同步命令进行解析，取得能量值和出光模式；
S3：基于所述能量值和出光模式对应输出同步控制信号，并分别输入对应的光源驱动器；
S4：所述光源驱动器进行光源点亮和光源脉冲恒流模式控制；
S5：所述光源驱动器反馈同步控制信号；
S6：所述光源控制板接收反馈信号进行分析并调整同步控制信号，进行稳定的输出控制。
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