一种激光直写系统及其扫描方法

技术领域

本发明涉及一种扫描方法，尤其是一种适用于激光直写领域的扫描方法。

背景技术

激光直写系统又称影像直接投射系统，可应用于半导体和PCB以及平面成像领域的研发、生产，其原理是利用图形发生器取代传统的掩模技术，直接将计算机的图形数据曝光到产品上，能够节省成本和提高效率。

图形发生器包括数字微镜器件（DMD ，Digital Micromirror Device）、液晶显示器、旋转多角镜扫描器或者光栅光阀（GLV，Grating Light Valve）等。数字微镜器件（DMD）是一种电子输入、光学输出的微机电系统，包括阵列排列的具有两个偏转角度的微反射镜。在实际应用中，光源经过匀光作用后投射至数字微镜器件，数字微镜器件中的微反射镜有两个偏转角度α和-α，当微反射镜偏转角度为α时，微反射镜将光线投射至后续光学系统，对应为数字电路的打开，当微反射镜的偏转角度为-α，微反射镜将光线偏转至后续光学系统外，对应为数字电路的关闭，通过控制数字微镜器件中微反射镜的偏转角度从而形成所需的图案，通常情况下α等于12度。

如果利用所述数字微镜器件直接进行投影曝光，由于数字微镜器件中微反射镜的尺寸、相邻微反射镜之间的间距都是确定的，产品的精度固定，无法根据需要调节。如果所述数字微镜器件与所述投影曝光的扫描方向具有倾角，相邻微反射镜在垂直于扫描方向的投影点之间的间隔因倾角的不同而不同，通过改变倾角使得投影点之间的距离变小，完成一个图像需要更多的像素处理，需要更多的处理数据，这种方式可以成倍的提高产品的精度，同时也意味着需要处理成倍的数据，数据量的成倍增长导致数据处理的速度变慢，曝光产品的速度变慢。并且数字微镜器件的倾角确定之后，即确定了产品的精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种扫描方法，对于倾角确定的数字微镜器件，根据产品需要，改变产品的精度。

为了解决上述问题，本发明提供一种激光直写系统的扫描方法，所述激光直写系统包括图形发生器和控制系统，所述控制系统包括模式获取单元，通过所述模式获取单元获取不同的模式参数，根据不同的模式参数对矢量图形进行栅格化操作获得栅格化图像数据，并依据不同的模式参数，选择是否对栅格化图像数据进行数据扩展，对于需要进行栅格化图像数据扩展的模式，先进行栅格化扩展再进行栅格化数据的转换存储，对于无需进行栅格化图像数据扩展的模式，直接进行栅格化数据的转换存储，基于转换存储的栅格化数据进行帧化处理。

进一步的，所述模式参数为激光直写系统的细分数或者分辨率。

进一步的，所述不同模式参数之间为2

进一步的，所述不同模式参数中至少包含根据所述图形发生器相对于扫描方向的倾斜角度确定的细分数或者分辨率。

进一步的，对于根据所述图形发生器相对于扫描方向的倾斜角度确定的细分数或者分辨率的(1/2)

进一步的，进行栅格化数据的转换存储时，以所述图形发生器相对于扫描方向的倾斜角度确定的细分数为存储单元的数据量进行存储，所述存储单元中存储的数据构成一个细分像素块。

进一步的，所述存储单元的存储空间大于根据所述图形发生器相对于扫描方向的倾斜角度确定的细分数数值的数据存储量。

一种激光直写系统，其包括图形发生器和控制系统，所述控制系统包括模式获取单元、矢量图像栅格化单元、数据扩展单元、图像数据转换存储单元和图像数据帧化处理单元，通过所述模式获取单元获取模式参数或者模式指令，所述模式指令中包含模式参数，矢量图像栅格化单元获取所述模式获取单元的模式参数，并根据所述模式参数对矢量图像进行栅格化操作获得栅格化图像数据，若所述模式参数指示的细分数低于依据所述图形发生器相对于扫描方向的倾斜角度获得的细分数，所述栅格化图像数据传输至数据扩展单元，进行栅格化图像数据的扩展，扩展后的栅格化图像数据通过图像数据转换存储单元进行转换存储，若模式参数指示的细分数等于依据所述图形发生器相对于扫描方向的倾斜角度获得的细分数，则栅格化图像数据直接传输至所述图像转换单元，通过图像数据转换存储单元对栅格化图像数据进行转换存储，通过图像数据帧化处理单元对栅格化图像数据进行处理，得到对应于所述图形发身器的帧化图像。

进一步的，所述图像数据转换存储单元中包含多个细分存储单元，所述细分存储单元的存储空间不小于依据所述图形发生器相对于扫描方向的倾斜角度获得的细分数数值的数据量的存储空间，每个细分存储单元存储一个基本像素单元内一个细分像素块的数据。

进一步的，所述图形发生器为数字微镜器件。

与现有技术相比，所述激光直写系统及其扫描方法能够适应多种模式参数的工件的需求。

附图说明

图1是图形发生器示意图。

图2是图形发生器相对于扫描方向偏转θ角的示意图。

图3是部分矢量图像栅格化示意图。

图4是一个细分像素块的数据扩展示意图。

图5是扫描方向的拉伸的部分栅格化图像示意图。

图6是偏转的图形发生器与拉伸的栅格化图像关系示意图。

图7是截取部分图形发生器像素图像示意图。

图8是截取部分图形发生器像素图像副扫描方向拉伸示意图。

图9是控制系统的示意框图。

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明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。

对于激光直写系统，其包括光源组件、图形发生器、光学组件、承载系统和控制系统，所述光源组件、所述图形发生器和所述光学组件构成了投影系统，所述控制系统控制投影系统和承载系统之间的协同作用，包括控制所述光源组件发出光束；控制所述图形发生器的改变光束路径最终通过所述光学组件投影至放置于所述承载组件的工件；控制所述承载组件和所述投影系统的相对运动，包括承载系统相对所述投影系统移动，或者所述投影系统相对所述承载系统运动，较佳的，所述承载系统相对于所述投影系统移动，保证所述投影系统的光学精度，所述承载系统相对于所述投影系统在扫描方向移动，或者还包括在垂直于扫描方向的副扫描方向移动。

如图1-2所示，为了提高分辨率，获得更加精细的线条，所述图形发生器与扫描方向具有角度为θ的偏转角度。所述图形发生器具有N行M列的像素元件1，图中以N=14，M=18为例，所述图形发生器未与扫描方向具有倾角时，所述行垂直于扫描方向，所述列平行于扫描方向，所述像素元件投射到工件的像素图像在扫描方向的连线为扫描线。所述图形发生器中像素元件落在同一扫描线上的像素元件的数量确定K值，示例中K=2，根据N和K的数值确定角度θ的数值， tan（θ）= K / N，通常选取所述N/K的数值为整数值，N/K既表示同一扫描线上像素单元之间最小间隔的行数周期，其也表示对于未发生偏转时的像素图像在一个方向上划分的份数值，即细分数，图中以细分数为7为示例，根据所述细分数可以确定所述激光直写系统的分辨率，分辨率是所述激光直写系统所能解析的最小线宽，所述图形发生器未倾斜时的分辨率是相对于扫描方向倾斜角度θ时的分辨率的N/K倍。对于激光直写系统，分辨率的数值越低，说明其处理的线条越精细，分辨率水平越高，即是高分辨率；相反分辨率的数值越高，说明其处理的线条相对粗旷，分辨率水平越低，及时低分辨率。同时，细分数的成倍数增长，对于控制系统来说，其需要处理的图像数据同样成倍数的增长。

图形发生器与扫描方向的角度确定后，所述激光直写系统的细分数、分辨率即为确定数值。对于所述激光直写系统的图形发生器控制只能依据相应细分数、分辨率进行控制，当然，所述激光直写系统可以处理分辨率高于所述激光直写系统的分辨率的工件，但是由于所述激光直写系统的分辨率低，分辨率水平高，细分数高，需要处理的图像数据成倍数的增长，用高分辨率的激光直写系统处理低分辨率要求的工件，效率和产能将低于低分辨率的激光直写系统，因此，通常选择分辨率水平与工件要求的分辨率水平相匹配。

为了使得激光直写系统既能够处理分辨率要求相匹配的高分辨率要求的工件，又能够快速处理低分辨率要求的工件。提供一种激光直写系统的处理方法，所述激光直写系统包括图形发生器和控制系统，所述激光直写系统具有两种工作模式：高分辨率的精细模式和低分辨率的快速模式，精细模式下的细分数是快速模式下的细分数的两倍，精细模式下的细分数根据图形发生器相对于扫描方向的倾斜角度确定。所述激光直写系统具有模式切换功能，用于切换精细模式和快速模式。

如图3-8所示，在所述快速模式中，所述快速模式的细分数的数值为激光直写系统的所能达到的细分数数值的二分之一，根据快速模式的细分数对待操作的矢量图形进行栅格化操作，将矢量图形划分为多个基本像素单元2，基本像素单元2在图3中以粗线框表示，每个基本像素单元对应一个未发生倾斜的图形发生器的像素元件的投影像素单元，将每个基本像素单元在扫描方向和副扫描方向根据细分数进行划分获得更小的细分像素单元3，细分像素单元3在图3中以细线框分隔，在基本像素单元2内的一行细分像素单元3为一个细分像素块4，对每个细分像素单元3进行0或1二进制的赋值，获得栅格化图像数据。根据图形发生器倾斜角度确定的实际细分数对栅格化图像数据进行扩展，对细分像素块中每个细分像素单元进行行方向和列方向的扩展，对行方向上每个细分像素单元进行数据复制，复制的细分像素单元数据与被复制的细分像素单元数据赋值相同，被复制细分像素单元赋值为1，则被复制细分像素单元和复制细分像素单元赋值为11，被复制细分像素单元赋值为0，则被复制细分像素单元和复制细分像素单元赋值为00，在完成一行细分像素单元的数据扩展后，在列的方向上对细分像素单元数据进行扩展，即一行细分像素单元的数据进行1对1的扩展，对一行细分像素单元的数据的复制；或者对于细分像素单元数据进行一分四的行列扩展，一个细分像素单元数据分割为四个相同赋值的细分像素单元数据，所述四个细分像素数据分为两行两列。将扩展的栅格化图像数据进行分割存储，以一个细分像素块为存储单元进行存储，所述存储单元的存储空间不小于所述精细模式的细分数数值的数据量。对所述细分像素块在扫描方向进行拉伸，后一列细分像素块较前一列细分像素块沿扫描方向下错一行，对所述栅格化图像数据扫描方向的拉伸，即对所述细分像素块所处的行位置数据进行对应更改获得拉伸的栅格化图像数据。如图6-7所示（图7中虚线框中部分未在图6中展示），依据所述拉伸的栅格化图像中所述细分像素块的行列关系，依次从细分像素块的存储单元中读取数据，每个细分像素块读取一个数值，在列的方向上，读取数据的相邻细分像素块之间间隔的细分像素块的数量与精细模式的细分数数值相同。即在行方向和列方向中均以细分数的数值为间隔进行数据的读取以获得图形发生器像素图像。如图8所示，对图形发生器像素图像进行副扫描方向的拉伸，即将图形发生器像素图形在副扫描方向回错，使得图形发生器像素图像回复整齐的方形状态，获得图形发生器的有效像素图像，根据所述有效像素图像获得所述图形发生器的帧化图像，根据所述帧化图像对图形发生器的像素元件进行控制，所述帧化图像即是所述图形发生器对工件进行直写投影的一帧图像，通过以一定的频率对帧化图像进行变换，完成一个扫描条带的曝光。在所述快速模式中，在对矢量图形进行栅格化的过程中，由于采用低的细分数进行操作，能够有效的降低减少数据处理的数量，同时也能够节约数据传输的时间，在进行栅格化图形的转换存储过程中，对数据进行扩展，符合图形发生器的数据要求，完成对图形发生器的控制。

在所述精细模式中，根据精细模式的细分数对待操作的矢量图形进行栅格化操作，将矢量图形划分为多个基本像素单元，每个基本像素单元对应一个未发生偏转的图形发生器的像素元件的投影像素单元，将每个基本像素单元在扫描方向和副扫描方向根据细分数进行划分获得更小的细分像素单元，在基本像素单元内的一行细分像素单元为一个细分像素块。对每个细分像素单元进行0或1二进制的赋值，获得栅格化图像数据。将所述栅格化图像数据进行分割存储，以一个细分像素块为存储单元进行存储，所述细分像素块的存储空间不小于所述精细模式的细分数数值的数据量的存储空间。对所述细分像素块在扫描方向进行拉伸，后一列细分像素块较前一列细分像素块沿扫描方向下错一行，实现所述栅格化图像数据扫描方向的拉伸，即对所述细分像素块所处的行位置数据进行对应更改获得拉伸的栅格化图像数据。依据所述拉伸的栅格化图像中所述细分像素块的行列关系，依次从细分像素块的存储单元中读取数据，每个细分像素块读取一个数值，在列的方向上，读取数据的相邻细分像素块之间间隔的细分像素块的数量与精细模式的细分数数值相同。即在行方向和列方向中均以细分数的数值为间隔进行数据的读取以获得图形发生器像素图像。对图形发生器像素图像进行副扫描方向的拉伸，即将图形发生器像素图形在副扫描方向回错，使得图形发生器像素图像回复整齐的方形状态，获得图形发生器的有效像素图像，根据所述有效像素图像获得所述图形发生器的帧化图像，根据所述帧化图像对图形发生器的像素元件进行控制，所述帧化图像即是所述图形发生器对工件进行直写投影的一帧图像，通过以一定的频率对帧化图像进行变换，完成一个扫描条带的曝光。

如图9所示，所述激光直写系统的控制系统包括模式获取单元、矢量图像栅格化单元、数据扩展单元、图像数据转换存储单元和图像数据帧化处理单元，通过所述模式获取单元获取模式参数或者模式指令，所述模式指令中包含模式参数，矢量图像栅格化单元获取所述模式获取单元的模式参数，并根据所述模式参数对矢量图像进行栅格化操作获得栅格化图像数据，即根据模式参数中对于细分数的要求对所述矢量图像进行栅格化操作。所述模式参数为细分数或分辨率，不同的模式参数对应不同的扫描模式，依据图形发生器相对于扫描方向倾斜角度而确定的细分数或分辨率为标准参数，通常所述扫描模式中包含对应于标准参数的扫描模式。若是所述模式参数的细分数低于所述标准参数的细分数或者所述模式参数的分辨率高于所述标准参数的分辨率，则采用上述快速模式的扫描模式，所述栅格化图像数据进一步被传输至数据扩展单元，进行栅格化图像数据的扩展，以符合图形发生器的控制要求，通过图像数据转换存储单元对扩展的栅格化图像数据进行转换存储，所述图像数据转换存储单元中包含多个细分存储单元，每个细分存储单元存储一个基本像素单元内一个细分像素块的数据，即数量等于细分数值的一行细分像素单元的数据，所述细分存储单元的存储空间不小于所述标准参数对应的细分数数值的数据量的存储空间，处理细分数小于图形发生器倾斜角度确定的细分数的数据时，先将数据扩展为最大细分数数据，再进行转换存储，不用更改数据位置，便于后面的图像的拉伸和帧化处理。若所述模式参数的数值等于标准参数的数值，则采用上述精细模式的扫描模式，所述栅格化图形数据直接传输至图像数据转换存储单元进行转化存储。通过图像数据帧化处理单元对栅格化图像数据进行处理，得到对应于所述图形发身器的帧化图像。

所述激光直写系统进行切换的模式中可以不只有精细模式和快速模式，根据细分数的数值，可以包含更多的模式，如所述激光直写系统所能达到的最大细分数为S，所述激光直写系统的模式可以包括S模式、S/2模式、S/4模式，或者根据需要也可以具有更多的模式S(1/2)

对于S/2模式，所述数据扩展单元对于栅格化图像中的细分像素单元进行一到四的两行两列扩展，对于S/4模式，所述数据扩展单元对于栅格化图像中的细分像素单元进行一到十六的四行四列的扩展，对于S(1/2)