一种对于数字微镜阵列的硬件故障和数据传输异常的检测方法
【专利摘要】一种对于数字微镜阵列的硬件故障和数据传输异常的检测方法，属于光学技术领域，将DMD分为若干区域，将全白图像输入至DMD，利用CCD采集对应的输出图像矩阵，将输出图像矩阵与输入图像矩阵对比，得到整个DMD的黑点以及不稳定点的位置，将全黑图像输入至DMD，重复上述方法可分离出不稳定点的位置；选择多个没有硬件故障的像素，以DMD的最大工作速率28000fps为最高值，选取范围内的多个传输速率，向所选定的像素连续发送“ON”和“OFF”信号，光电二极管连续采集光强信号，同时利用频率计数器计数。本发明能够较好地评价DMD的性能，前期检测出DMD器件的自身潜在缺陷，避免后续DMD器件在应用过程中出现故障。
【专利说明】
一种对于数字微镜阵列的硬件故障和数据传输异常的检测方法
技术领域
[0001]本发明属于光学技术领域，是一种用于检测数字微镜阵列(digital micromirrordevices，DMD)机械故障和数据传输异常的方法。
【背景技术】
[0002]数字微镜阵列(DMD)具有较高的分辨率、对比度、灰度等级和响应速度等优点，不仅已成功地应用于数字投影设备，近几年其应用领域得到较大地扩展，其中包括数字光刻。基于DMD的数字光刻系统是近几年兴起的新型微细加工设备，它被应用于诸多加工领域，包括印制电路板、微光学元件、3D模型等。该系统主要包括照明光源、数字微镜(DMD)以及投影光刻物镜;其中DMD作为整个系统的核心器件，其性能故障会严重影响输出图像的质量，进而影响基板上曝光图案的质量。DMD的性能故障主要分为两类:一、硬件故障，是指DMD的开关控制信号与DMD的实际响应不一致，即像素始终处于“0N”状态或者“OFF”状态以及不稳定的状态；二、数据传输异常，是指DMD开关控制信号的输入频率与DMD的实际响应频率不一致。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种对数字微镜阵列DMD的硬件故障和数据传输异常进行检测的方法。
[0004]本发明的技术方案是采用如下方法:
[0005]1、硬件故障的检测方法
[0006]用于控f|jljDMD的“0N”或者“OFF”状态均采用的是二进制信号，即“O”和“I”信号。理想情况下，当DMD单个像素处于“0N”状态时，在系统的像面接收到灰度值为A的亮斑；而当DMD单个像素处于“OFF”状态时，在系统的像面接收到灰度值为B的暗斑。实际情况下，DMD的某些像素可能存在硬件故障，导致某些像素始终处于“0N”(以下称为“白点”)，即所接收的灰度值始终为A;某些像素始终处于“OFF”状态(以下称为“黑点”)，即所接收的灰度值始终为B;某些像素处于不稳定的状态(以下称为“不稳定点”)，即所接收的灰度值介于A和B之间。本发明采用如下步骤来判断哪些像素存在硬件故障。
[0007 ] I)利用积分球对CCD进行标定，去除CCD及其控制板所造成的随机噪声；
[0008]2)将DMD分为N个分块区域；
[0009]3)给DMD输入全白图像，S卩将DMD所有像素设为全“0N”状态，用已标定的CCD采集DMD第η个区域的光强分布；
[0010]4)将3)中所采集的光强分布与输入至DMD的全白图像进行对比，可以得到黑点和不稳定点的位置；
[0011]5)给DMD输入全黑图像，即将DMD所有像素设为全“OFF”状态，用已标定的CCD采集DMD第η个区域的光强分布；
[0012]6)将5)中所采集的光强分布与输入至DMD的全黑图像进行对比，可以得到白点和不稳定点的位置；
[0013]7)将4)中所分离的点与6)所分离的点进行对比，可以进一步分离出不稳定点的位置；
[0014]8)根据7)中所得到的不稳定点，即可与4)中的分离点、6)中的分离点对比，从而得到白点和黑点的位置。
[0015]9)循环上述步骤3)至8)，直至所有N个区域均检测完毕，即对DMD整个幅面检测完毕。
[0016]2、数据传输异常的检测方法
[0017]本发明采用如下步骤来实现DMD的数据传输异常的检测
[0018]I)从I的检测结果中，选择M个无机械故障的像素；
[0019]2)以DMD的最大工作速率Fmax为最高值，将输入至DMD的信号速率分别设为Fn =(FmaxXn)/N；
[0020]3)以2)中的信号频率Fn，通过DMD控制板向第m个像素发送“on”和“off”的连续信号，利用光电探测器接收DMD的输出信号，并用频率计数器记录输出频率，理想情况下，Lut= finput/2，其中fcmt为探测器所接收到的频率，即输出频率;finput为输入至DMD的信号频率，即1/Fn；
[0021]4)重复步骤3)，直至对每个频率Fn、每个所选的像素都检测完毕；
[0022]5)对所检测的M个像素数据取平均值，以避免随机误差的影响；
[0023]6)比较输出频率和输入频率的关系，可得到输入频率从O开始到DMD所能接收的最大频率Fmax范围内，传输精度是否满足要求。
[0024]本发明所提出的性能检测方案，可较好地评价DMD的性能，适用于任何尺寸、任何密度的DMD器件，前期检测出DMD器件的自身潜在缺陷，避免后续DMD器件在应用过程中出现故障。
【附图说明】
[0025]图1为本发明相关的实验装置示意图；
[0026]图2为本发明所述的全白图输入时输入矩阵和输出矩阵示意图；
[0027]图3为本发明所述的全黑图输入时输入矩阵和输出矩阵示意图；
[0028]图4为本发明所述的实验中输入全白图后的DMD微镜的状态图；
[0029]图5为本发明所述的实验中输入全黑图后的DMD微镜的状态图；
[0030]图6为本发明所述的检测机械故障实验结果的示意图。
【具体实施方式】
[0031]如图1所示。图1为所搭建的实验装置的示意图。其中虚线框部分为检测机械故障部分，实线框部分为检测数据传输异常部分。机械故障检测系统由激光光源1、能量衰减片
2、准直扩束系统3、DMD器件4、镜组5和C⑶相机7组成，激光光源I选择100mW、532nm的半导体激光，选择中性滤光片2防止CCD相机7达到饱和，经过准直系统3照射到DMD表面，光束的直径被扩束到5mm，可覆盖200 X 200的DMD像素阵列；选择Thorlabs的AC254-100-Ar消色差双胶合透镜作为镜组5，DMD图像经过镜组5被成像至CCD相机7，DMD的每个像素被放大并覆盖6X6的CCD像素范围。检测数据传输异常部分，主要包括激光光源1、能量衰减片2、准直扩束系统3、DMD器件4、镜组5、反射镜6、消杂光小孔8、镜组9、光电二极管10以及频率计数器11。光束被反射镜6反射后，经过小孔8消除杂散光的影响，而后通过光电二极管10接收光强信号，并由频率计数器11计数。光电二极管1选择HAMAMATSU公司的SI 337-33BQ，其响应时间为0.2ys，远小于DMD在最高数据传输情况下的35.7ys的响应时间，频率计数器11选择GWInstek公司的AFG-2105，它的测量范围为0-150MHZ，远大于DMD的最高数据传输频率，它还具有± Ifps的测量精度。
[0032]具体实例以如下过程实现:
[0033]1、硬件故障的检测
[0034]I)将DMD分为若干区域，每个区域包含3X3的像素阵列；
[0035]2)如图2所示，将全白图像输入至DMD，利用CCD采集对应的输出图像矩阵，对所有分块区域均采集输出图像矩阵；
[0036]3)将2)中输出图像矩阵与输入图像矩阵对比，可得到整个DMD的黑点以及不稳定点的位置，如图4所示；
[0037]4)如图3所示，将全黑图像输入至DMD，利用CCD采集对应的输出图像矩阵，对所有分块区域均采集输出图像矩阵；；
[0038]5)将4)中输出图像矩阵与输入图像矩阵对比，可得到整个DMD的白点以及不稳定点的位置，如图5所示；
[0039]6)再对比图4和图5，可分尚出不稳定点的位置，如图6所不。
[0040]2、数据传输异常的检测
[0041 ] I)选择20个没有硬件故障的像素；
[0042]2)以DMD的最大工作速率28000fps为最高值，选取1、10、100、1000、10000、15000、25000、27000、28000f ps 的传输速率；
[0043]3)以2)中的传输速率向所选定的像素连续发送“0N”和“OFF”信号；
[0044]4)光电二极管连续采集光强信号，同时利用频率计数器计数；
[0045]5)计算不同传输速率下，输入频率和输出频率是否满足?.^ = Αη_/2且误差范围是否在土 Ifps范围内，如满足，则该DMD满足光刻系统的精度要求;如不满足，则该DMD器件无法满足光刻系统的精度要求。
【主权项】
1.一种对于数字微镜阵列的硬件故障和数据传输异常的检测方法，其特征在于由如下步骤完成: 1)利用积分球对CCD进行标定，去除CCD及其控制板所造成的随机噪声； 2)将DMD分为N个分块区域； 3)给DMD输入全白图像，即将DMD所有像素设为全“ON”状态，用已标定的CXD采集DMD第η个区域的光强分布； 4)将3)中所采集的光强分布与输入至DMD的全白图像进行对比，可以得到黑点和不稳定点的位置； 5)给DMD输入全黑图像，即将DMD所有像素设为全“OFF”状态，用已标定的CXD采集DMD第η个区域的光强分布； 6)将5)中所采集的光强分布与输入至DMD的全黑图像进行对比，可以得到白点和不稳定点的位置； 7)将4)中所分离的点与6)所分离的点进行对比，可以进一步分离出不稳定点的位置； 8)根据7)中所得到的不稳定点，即可与4)中的分离点、6)中的分离点对比，从而得到白点和黑点的位置； 9)循环上述步骤3)至8)，直至所有N个区域均检测完毕，即对DMD整个幅面检测完毕。2.根据权利要求1所述的的检测方法，其特征在于由如下步骤完成: 1)从权利要求1的检测结果中，选择M个无机械故障的像素； 2)以DMD的最大工作速率Fmax为最高值，将输入至DMD的信号速率分别设为Fn=(FmaxΧη)/Ν； 3)以2)中的信号频率Fn，通过DMD控制板向第m个像素发送“on”和“off”的连续信号，利用光电探测器接收DMD的输出信号，并用频率计数器记录输出频率，理想情况下，Rut =f_ut/2，其中foUt为探测器所接收到的频率，即输出频率;finput为输入至DMD的信号频率，即1/Fn； 4)重复步骤3)，直至对每个频率Fn、每个所选的像素都检测完毕； 5)对所检测的M个像素数据取平均值，以避免随机误差的影响； 6)比较输出频率和输入频率的关系，可得到输入频率从O开始到DMD所能接收的最大频率Fmax范围内，传输精度是否满足要求。
【文档编号】H04N17/00GK105915888SQ201610216647
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】姜元清
【申请人】长春长光天辰光电科技有限公司