專(zhuān)利名稱(chēng)：全內(nèi)反射位移刻度尺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定位移的刻度尺，該刻度尺采用多個(gè)全內(nèi)反射 (TIR)光學(xué)棱鏡作為用于測(cè)量位移的刻度特征物。
背景技術(shù)：
光學(xué)編碼器用于測(cè)量基底或所關(guān)注的其它制品的位移。通常，光 學(xué)編碼器包括光源、附接到基底或所關(guān)注的其它制品的刻度尺和光感 測(cè)元件。刻度尺通過(guò)反射、透射、和/或阻擋光的一些來(lái)調(diào)制從光源導(dǎo) 向的光。光感測(cè)元件被定位成感測(cè)已調(diào)制光并且生成與己調(diào)制光相對(duì) 應(yīng)的輸出信號(hào)。通過(guò)分析光傳感器的輸出信號(hào)確定所關(guān)注制品的位移。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及使用包括TIR刻度特征物的刻度尺用于確定 基底位移的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及確定基底位置的方 法。將光導(dǎo)向設(shè)置在基底上的刻度尺?？潭瘸甙ㄗ鳛榭潭瘸咴?多個(gè)全內(nèi)反射(TIR)棱鏡。使用TIR棱鏡來(lái)調(diào)制光，并且根據(jù)已調(diào)制光 來(lái)產(chǎn)生信號(hào)，該信號(hào)指示基底位置?？梢允褂卯a(chǎn)生的信號(hào)確定基底位 置。例如，信號(hào)可以包括指示連續(xù)基底位置的模擬信號(hào)。
在一些構(gòu)型中，基底可以包括透明的、伸長(zhǎng)的、柔性的幅材，例如聚合物幅材。根據(jù)所使用的材料，幅材的彎曲半徑可以(例如)小
于約100mm、小于約50mm、小于約25mm、或甚至小于約5mm。
可以使用TIR刻度特征物確定幅材的縱向(縱維)位移、橫向(橫 維)位移、和/或角旋轉(zhuǎn)。對(duì)縱向位移和/或橫向位移的測(cè)量使得能夠確 定幅材位置和/或可以用于確定造成位移變化的多種幅材參數(shù)。例如， 可以根據(jù)位移測(cè)量值確定溫度、應(yīng)變、和彈性模量。
可以使用基本上垂直設(shè)置的兩個(gè)系統(tǒng)通過(guò)簡(jiǎn)單的三角法確定幅材 的角度。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，調(diào)制光涉及使用TIR棱鏡來(lái)反射光的一 部分。根據(jù)被反射的光來(lái)產(chǎn)生指示基底位置的信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，調(diào)制光涉及使光的一部分透過(guò)透明的 基底。根據(jù)被反射的光來(lái)產(chǎn)生指示基底位置的信號(hào)。掃描調(diào)制盤(pán)可以 與TIR棱鏡一起使用，從而得到光調(diào)制。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及被構(gòu)造用于指示基底位置的系統(tǒng)。基 底包括刻度尺，該刻度尺具有作為刻度特征物的全內(nèi)反射(TIR)棱鏡。 傳感器檢測(cè)由TIR棱鏡調(diào)制的光，并且根據(jù)已調(diào)制光來(lái)產(chǎn)生指示基底 位置的信號(hào)。信號(hào)可以用于提供幅材的一個(gè)或多個(gè)自由平移度和/或自 由旋轉(zhuǎn)度(包括幅材的連續(xù)縱向位移、連續(xù)橫向位移、和/或角旋轉(zhuǎn)) 的連續(xù)測(cè)量。系統(tǒng)包括被構(gòu)造用于根據(jù)傳感器信號(hào)確定基底位置和/或 控制基底位置的組件。TIR元件可以具有約90°的內(nèi)角或其它角度， 并且可以在基底中包括凹槽或凹口。
本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例涉及巻制品，其包括伸長(zhǎng)的、柔性的幅材， 該幅材具有設(shè)置在其上的圖案特征和整合的刻度尺?？潭瘸甙ㄈ珒?nèi)
反射(TIR)棱鏡，其被構(gòu)造用于調(diào)制被導(dǎo)向幅材的光，其中已調(diào)制光指示幅材位置。
以上本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容并非意圖描述本公開(kāi)的每一個(gè)實(shí)施例或每 種實(shí)施方式。通過(guò)參見(jiàn)下面結(jié)合附圖的具體實(shí)施方式
和權(quán)利要求書(shū)， 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和成就與對(duì)本發(fā)明更完整的理解一起將變得顯而易見(jiàn)并 被理解。


圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于指示幅材位置的全內(nèi)反射 的使用；
圖1B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括直角正棱鏡的刻度尺元 件，其被構(gòu)造用于提供指示幅材位置的全內(nèi)反射；
圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的以反射模式操作的用于指示 幅材位置的系統(tǒng)；
圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的以透射模式操作的用于指示 幅材位置的系統(tǒng)；
圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的以反射模式操作的用于控制 幅材的移動(dòng)的系統(tǒng)；
圖2D示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的以透射模式操作的用于控制 幅材的移動(dòng)的系統(tǒng)；
圖2E和圖2F示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在幅材上縱向布置的 刻度特征物；
圖2G和圖2H示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在幅材上橫向布置的 刻度特征物；
圖2I示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的棋盤(pán)圖案的縱向刻度特征物和 橫向刻度特征物；
圖3A為在光電檢測(cè)器的表面處的光強(qiáng)度的曲線(xiàn)圖，該光強(qiáng)度由根 據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的刻度特征物來(lái)調(diào)制；
圖3B為在雙光傳感器的表面處的光強(qiáng)度的曲線(xiàn)圖，該光強(qiáng)度由根 據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的刻度特征物和掃描調(diào)制盤(pán)來(lái)調(diào)制以實(shí)現(xiàn)相位差為
7約90°的正弦光強(qiáng)度；
圖4A為示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例使用TIR刻度尺用于指示基 底位置的過(guò)程的流程圖4B為示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于確定粗幅材和細(xì)幅材位 置的方法的流程圖5A為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的巻制品的示意圖，該巻制品包括具 有整合的刻度特征物的幅材；
圖5B為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的巻制品的一部分的示意圖，該部分 的巻制品包括具有整合的刻度尺并且另外具有沉積在幅材上的圖案特 征的幅材；
圖5C為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例己經(jīng)與幅材分隔開(kāi)的刻度尺的示意
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的輥的一部分的側(cè)視圖，該巻具 有可以用于在基底上形成TIR刻度尺的負(fù)突起形式的TIR特征物；
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于在基底上形成包括TIR棱 鏡特征物的刻度尺的系統(tǒng)；
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于同時(shí)在基底上形成包括 TIR棱鏡特征物的刻度尺和第一層圖案特征的系統(tǒng)；
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于制備雙側(cè)的幅材基底的系 統(tǒng)，該雙側(cè)的幅材基底在幅材的兩個(gè)相對(duì)表面上都包括特征物；
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可以用于制備雙側(cè)的幅材基 底的第一壓花輥和第二壓花輥，該雙側(cè)的幅材基底在幅材的相對(duì)表面 上都包括特征物；
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)，其中在此前制備工序中 形成的TIR刻度尺用于在后續(xù)的制備工序中控制基底位置；
圖12A示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的以反射模式操作的用于控制 幅材的移動(dòng)的系統(tǒng)的一部分；
圖12B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的以反射模式操作的用于控制 幅材的移動(dòng)的系統(tǒng)的一部分；
圖13A示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例在幅材的一個(gè)表面上縱向布置的刻度特征物和在幅材的背面上布置的第二圖案；以及圖I3B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例在幅材的一個(gè)表面上縱向布置 的刻度特征物和在幅材的背面上布置的第二圖案。雖然本發(fā)明可被修改成各種修改形式和可供選擇的形式，但是其 具體細(xì)節(jié)已經(jīng)以舉例的方式在附圖中示出，并且將做詳細(xì)的描述。然 而應(yīng)當(dāng)理解，其意圖不是將本發(fā)明限于所述的具體實(shí)施例。相反，其 意圖在于覆蓋落入所附權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有修 改形式、等同形式和可供選擇的形式。
具體實(shí)施方式
對(duì)用于指示基底位移的增強(qiáng)的方法和系統(tǒng)存在需要。本發(fā)明滿(mǎn)足 了這些和其它需要，并且提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的其它優(yōu)點(diǎn)。在以下所示實(shí)施例的描述中，參考了形成其一部分的附圖，并且 其中以舉例說(shuō)明的方式示出其中可以實(shí)踐本發(fā)明的多種實(shí)施例。應(yīng)當(dāng) 理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以利用實(shí)施例并且可以進(jìn) 行結(jié)構(gòu)上的改變。本發(fā)明的實(shí)施例示出了用于確定基底的位移或所關(guān)注的其它制品 的位移的刻度尺、以及用于制備和使用刻度尺的方法和系統(tǒng)?？潭瘸?可以用于提供幅材平移位移和/或旋轉(zhuǎn)位移的指示，并且可以用于確定 幅材位置和/或控制柔性的幅材的移動(dòng)。另外或可供選擇地，除了指示 幅材的平移位移和/或旋轉(zhuǎn)位移之外，另外還可以使用刻度尺來(lái)測(cè)量幅 材的多種參數(shù)或圍繞幅材的周?chē)h(huán)境的多種參數(shù)。例如，如以下更詳 細(xì)討論的，刻度尺可以用于測(cè)量幅材的溫度和/或彈性模量，和/或可以 用于測(cè)量幅材應(yīng)變?；卓梢杂赏该鞯摹傂缘牟牧?例如，玻璃) 制成，或可以包括透明的、柔性的可拉伸材料(例如，柔性的聚合幅 材)?？潭瘸甙ū粯?gòu)造為全內(nèi)反射(TIR)棱鏡的多個(gè)光學(xué)刻度特征物。當(dāng)棱鏡表面上的光的入射角e i大于或等于臨界角e c時(shí)，會(huì)出現(xiàn)全內(nèi)反射。對(duì)于大于6e的入射角而言，所有的入射光都被反射。圖1A示出了基底105上包括TIR特征物115的刻度尺，并且示出了根據(jù)多種實(shí)施例所使用的全內(nèi)反射的原理。光源(未示出)產(chǎn)生的光被導(dǎo)向具有整合的刻度尺的基底105，該整合的刻度尺包括TIR刻 度特征物115。如果被導(dǎo)向TIR刻度特征物115的光111的角度6j大 于或等于臨界角e。，則光以角度^，被反射，如圖1A所指出的那樣。TIR刻度特征物可以由通過(guò)TIR提供反射的任何形狀或構(gòu)型形成。 在一些實(shí)施例中，TIR刻度特征物可以包括直角正棱鏡，如圖1B所示。 在該實(shí)施例中，如果入射到TIR刻度特征物116的左表面117上的入射光的角度e u大于e e，則光以e i2的入射角被全內(nèi)反射至右棱鏡表面 118。在右棱鏡表面118處，光以角度^2被再次全內(nèi)反射，并且基本上平行于入射光地射出棱鏡116。通過(guò)TIR的反射方便地將入射在TIR 刻度特征物的表面上的幾乎所有光都反射，而沒(méi)有通常用于反射型刻 度尺的金屬化表面可能出現(xiàn)的損耗。圖2A至圖2D為被構(gòu)造用于使用設(shè)置在基底上的TIR刻度尺指示 基底位移的系統(tǒng)的示意圖。如圖2A和圖2B所示，系統(tǒng)包括光源210, 其將光211導(dǎo)向可相對(duì)于光源210和光傳感器220的固定位置移動(dòng)的 基底205。圖2A的系統(tǒng)示出了以反射模式操作的用于指示基底位移的系統(tǒng)。 在反射模式下，光源210 (可以是多源陣列)、和一個(gè)或多個(gè)光傳感器 220設(shè)置在基底205的同一表面206附近。光源210將光211導(dǎo)向基底 205的表面206。光212的一部分被TIR刻度特征物215導(dǎo)向光傳感器 220。光傳感器220感測(cè)到反射光，并產(chǎn)生可以用于指示基底位移的模 擬輸出信號(hào)。在該實(shí)施例中，基底205可以為透明的或可以為不透明的。在基底205為透明的構(gòu)型中，光221的一部分可以透過(guò)基底205 透射。應(yīng)當(dāng)理解，如果基底205是透明的，則TIR刻度特征物215可 以設(shè)置在基底205的表面206和表面207中的任何一者上，或設(shè)置在 表面206和表面207兩者上。圖2B示出了以透射模式操作的用于指示幅材位置的系統(tǒng)。在該構(gòu) 型中，光源210和光傳感器220設(shè)置在幅材205的相對(duì)表面206、表面 207上。光源210將光211導(dǎo)向幅材205的表面206。光212的一部分 被刻度尺元件215反射。光221的另一部分穿過(guò)透明幅材205到達(dá)光 傳感器220。光傳感器220感測(cè)透過(guò)的光221并產(chǎn)生模擬輸出信號(hào)。在圖2A和圖2B中，當(dāng)基底205相對(duì)于光源210和光傳感器220 的固定位置移動(dòng)時(shí)，在光傳感器220的有源表面222處的光強(qiáng)度由TIR 刻度特征物來(lái)調(diào)制。在用于圖2A和圖2B的系統(tǒng)的光傳感器220的有 源表面222處的光強(qiáng)度通過(guò)圖3A中的光強(qiáng)度曲線(xiàn)圖310來(lái)示出?；?205的相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成在光傳感器220的表面222處的光強(qiáng)度被正弦調(diào) 制。光傳感器220檢測(cè)該光，并產(chǎn)生跟蹤在光傳感器220的有源表面 222處的光強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)的正弦模擬輸出信號(hào)。由光傳感器220產(chǎn)生的模 擬輸出信號(hào)可以用于確定基底205的位移。在一些實(shí)施例中，由光傳感器產(chǎn)生的模擬輸出信號(hào)可以用于控制 基底的移動(dòng)。例如，使用設(shè)置在柔性的、伸長(zhǎng)的幅材基底上的TIR刻 度特征物對(duì)于滾筒式制備應(yīng)用是特別有用的。圖2C和圖2D示出了當(dāng) 用于指示幅材位置的組件被布置成以反射模式(圖2C)和透射(圖2D) 模式操作時(shí)甩于控制幅材的移動(dòng)的系統(tǒng)。伸長(zhǎng)的幅材235可以從巻上 退繞，或可以來(lái)自此前的制備處理。在圖2C和圖2D中用于指示幅材 位置的組件分別與圖2A和圖2B中示出的組件類(lèi)似，不同之處在于， 圖2C至圖2D的系統(tǒng)均額外地包括掃描調(diào)制盤(pán)240并且具有雙光傳感 器250、光傳感器255。幅材235相對(duì)于光源210、掃描調(diào)制盤(pán)240和 光傳感器250、光傳感器255的固定位置運(yùn)動(dòng)。掃描調(diào)制盤(pán)240以離幅材235短距離的方式設(shè)置，使得調(diào)制窗241 允許被導(dǎo)向幅材235的光的一部分穿過(guò)掃描調(diào)制盤(pán)240。位于窗241之 間的掃描調(diào)制盤(pán)240的區(qū)域242阻擋光的一部分。在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖12A所示， 一個(gè)或多個(gè)光傳感器220位 于"在巻上"。本文所使用的短語(yǔ)"在巻上"的含義是指在系統(tǒng)內(nèi)接 近巻中的一個(gè)的光傳感器的位置，并且光傳感器被構(gòu)造用于當(dāng)光學(xué)刻 度尺元件中的一個(gè)或多個(gè)所處的那部分幅材與巻接觸時(shí)，接收從幅材 上的光學(xué)刻度尺元件中的一個(gè)或多個(gè)反射的光。這種實(shí)施例可通過(guò)使 被光傳感器感測(cè)到的信號(hào)相關(guān)的噪聲最小化來(lái)提供優(yōu)點(diǎn)。凡是傳感器 "不在巻上"的實(shí)施例中(例如圖2A至圖2D)，幅材自身的振動(dòng)會(huì) 增加反射光的噪聲。如圖12B所示，該示例性實(shí)施例中的光源可位于 幅材的上方。雖然本文沒(méi)有示出，但另一個(gè)示例性實(shí)施例可包括使用 在巻自身中具有光源的透明的巻。這種實(shí)施例將會(huì)在透射模式(如上 所述)下起作用。傳感器不在巻上的實(shí)施例(例如在圖2A至圖2D中示例的那些) 提供在光源與幅材之間存在氣隙的優(yōu)點(diǎn)。凡是傳感器在巻上的實(shí)施例 中，不必要存在氣隙。在這種實(shí)施例中，為了補(bǔ)償不存在的氣隙，可 對(duì)、但并非必需對(duì)幅材或巻進(jìn)行改變。
用于補(bǔ)償不存在的氣隙的一種這種方法包括改變巻的表面。很多 時(shí)候，但并非總是如此，巻本質(zhì)上是反射性的(例如，不銹鋼)。因 此，可以使巻具有亞光表面。通過(guò)將巻的表面從反射性的變成亞光的， 例如，可以更容易地將與光學(xué)刻度尺元件(反射性的)相互作用的光 線(xiàn)同與巻相互作用的光線(xiàn)區(qū)分開(kāi)。改變巻表面的另一個(gè)方法可能是使 巻具有不同顏色。.在實(shí)施例中，可使巻具有暗色，由此吸收比反射性巻更多的光(例如)。這些示例性方法都可以增強(qiáng)兩個(gè)光線(xiàn)(與光學(xué) 刻度尺元件相互作用的光線(xiàn)和與巻相互作用的光線(xiàn))之間的對(duì)比度。補(bǔ)償氣隙消失的另一個(gè)方法是在幅材與巻之間創(chuàng)建氣隙。氣隙(如 果已經(jīng)創(chuàng)建)可能透過(guò)幅材的光折射并使其反射離開(kāi)巻。由于空氣(相 對(duì)于組成幅材的材料)的折射率的緣故，己被允許透過(guò)幅材、然后穿
過(guò)氣隙、然后反射離開(kāi)巻、接著再次穿過(guò)氣隙并且接著再次穿過(guò)幅材 的光將具有與反射離開(kāi)光學(xué)刻度尺元件的光不同的角度和(取決于所
涉及的所有組件的透射率)不同的強(qiáng)度。
巻與幅材背面之間的氣隙可以通過(guò)(例如)在幅材背部設(shè)置結(jié)構(gòu) 體以創(chuàng)建并保持巻與幅材之間的間隙的方式來(lái)創(chuàng)建。圖13A示出了創(chuàng)
建這種間隙的一個(gè)示例性方法。在圖13A中，與其它示例性幅材一樣， 幅材205不但包括光學(xué)刻度尺元件215，而且另外包括用于在巻與幅材 205之間創(chuàng)建氣隙的間隙結(jié)構(gòu)715。
圖13B示例了在幅材與巻之間創(chuàng)建氣隙的另一個(gè)方法。該方法對(duì) 巻進(jìn)行修改，而不是對(duì)幅材進(jìn)行修改。如圖13B所示，巻包括凹進(jìn)部 分720，其起到在光學(xué)刻度尺元件215的位置處提供幅材與巻之間的間 隙的作用。
如圖2A至圖2D所示，光學(xué)傳感器250、光學(xué)傳感器255感測(cè)在 傳感器250、傳感器255的表面處存在的光并產(chǎn)生獨(dú)立的輸出信號(hào)。如 此前所述，當(dāng)幅材235相對(duì)于光源210和光傳感器250運(yùn)動(dòng)時(shí)，TIR刻 度特征物215引起在光傳感器250處存在的光強(qiáng)度被正弦調(diào)制。掃描 調(diào)制盤(pán)還可以用于調(diào)制在光傳感器250、光傳感器255處存在的光。通 過(guò)使用掃描調(diào)制盤(pán)240，在光傳感器250、光傳感器255處的光強(qiáng)度對(duì) 應(yīng)于相位移90°的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的正弦信號(hào)320、正弦信號(hào)330，如圖3B 所示。跟蹤在光傳感器250、光傳感器255的表面處存在的已調(diào)制光強(qiáng) 度的輸出信號(hào)由光傳感器250、光傳感器255產(chǎn)生，以指示幅材位置。
通過(guò)幅材位置處理器260來(lái)分析由光傳感器250、光傳感器255產(chǎn)生的輸出信號(hào)，以確定幅材位置。例如，幅材位置處理器260可以 確定幅材235相對(duì)于光傳感器250、光傳感器255的位置和運(yùn)動(dòng)方向。 采用適當(dāng)設(shè)置的TIR刻度特征物和系統(tǒng)的相關(guān)位置指示組件，可以確 定橫維方向和縱維方向中的一者或兩者的幅材位置。幅材運(yùn)動(dòng)控制器 270使用該信息來(lái)控制移動(dòng)幅材的幅材傳輸系統(tǒng)230。
在一些實(shí)施例中，可以使用多個(gè)光源和/或多個(gè)光傳感器以用于感 測(cè)幅材的平移位移和/或角位移和/或用于確定幅材參數(shù)。使用多個(gè)傳感 器組合的系統(tǒng)提供了信號(hào)冗余，從而提供了更穩(wěn)固的系統(tǒng)。在一些實(shí) 施例中，通過(guò)不止一個(gè)刻度特征物(例如，約3至20個(gè)特征物)來(lái)調(diào) 制能量。來(lái)自傳感器的輸出信號(hào)可以均分或者說(shuō)是組合多重特征物所 調(diào)制的能量。如果單個(gè)特征物、或甚至若干特征物損壞或由于污物而 變暗，均分的輸出信號(hào)受影響的程度最低。
刻度特征物可以包括縱向布置的特征物、橫向布置的特征物或縱 向布置的特征物和橫向布置的特征物兩者的組合。如圖2E和圖2F所 示，在一個(gè)實(shí)施例中，在幅材205的頂部207、底部206或頂部207和 底部206兩者的表面上，可以布置用于縱向位移測(cè)量的一組刻度特征 物230。 一組光源和傳感器組件(如圖2A至2D所示)被構(gòu)造用于檢 測(cè)縱向刻度特征物230調(diào)制的能量，并且用于產(chǎn)生指示幅材205縱向 位移的信號(hào)和/或可以用于測(cè)量其它幅材參數(shù)。在圖2G和2H所示的一 個(gè)實(shí)施例中，在幅材205的頂部207、底部206或頂部207和底部206 兩者的表面上，可以布置用于橫向位移測(cè)量的一組刻度特征物240。 一 組光源和傳感器組件被構(gòu)造用于檢測(cè)橫向刻度特征物調(diào)制的能量，并 且用于產(chǎn)生指示幅材橫向位移的信號(hào)和/或可以用于測(cè)量其它幅材參 數(shù)。
圖2E至圖2H所示的刻度特征物是線(xiàn)性三棱鏡，其可以具有條距， 并且棱鏡間的距離范圍低至約幾微米。該類(lèi)型的棱鏡的便利的維度包 括約40pm的條距和約20|im的棱鏡間的距離。同時(shí)使用縱向刻度特征物和橫向刻度特征物以及兼容的源/傳感 器組合使得能夠指示縱向幅材位移和橫向幅材位移以及角位移。圖21
示出了幅材，在幅材205的頂表面207上設(shè)置有縱向刻度特征物230 和橫向刻度特征物240兩者?？v向刻度特征物230和橫向刻度特征物 240可以設(shè)置在幅材205相背的兩側(cè)或者在幅材的同一側(cè)上。如果縱向 刻度特征物230和橫向刻度特征物240設(shè)置在幅材205的同一側(cè)上， 則它們可以形成如圖2I所示的棋盤(pán)圖案。縱向刻度特征物和橫向刻度 特征物可以如圖21中所示地連接，或可以包括不連續(xù)、不連接的棱鏡 的交替圖案。在一些實(shí)施例中，棋盤(pán)圖案可以包括與多重橫向刻度特 征物的區(qū)域交替的多重縱向刻度特征物的區(qū)域。
使用設(shè)置在幅材上的整合的TIR刻度尺確定連續(xù)幅材位置，以在 一個(gè)或多個(gè)連續(xù)制備工序中在沉積圖案特征期間控制幅材的運(yùn)動(dòng)。例 如，結(jié)合本文所提供的本發(fā)明實(shí)施例描述的TIR刻度尺可以用于指示 連續(xù)幅材位置。指示幅材位置有助于在滾筒式制備處理期間沉積或者
說(shuō)是形成在幅材上的多層圖案特征之間的對(duì)齊。本文所述的刻度尺對(duì) 于制備柔性的、多層電子器件或光學(xué)器件是特別有用的，這些器件的 制備需要多重沉積工序以在柔性的幅材上形成連續(xù)的圖案特征層。例 如，TIR刻度特征物可以形成在(例如)柔性的、聚合物型幅材上，該 幅材的彎曲半徑(例如)小于約100mm、小于約50mm、小于約25mm、 或甚至小于約5mm。小彎曲半徑使得能夠?qū)IR刻度尺制成巻制品。
另外，本文描述的方法可以用于自動(dòng)補(bǔ)償在幅材加工應(yīng)用中通常 出現(xiàn)的幅材應(yīng)變的變化。例如，在一些實(shí)施例中，刻度特征物基本上 與幅材圖案特征層(例如，用于形成多層電子器件或光電器件的第一 層幅材圖案特征)同時(shí)地沉積在幅材上。當(dāng)沉積刻度特征物和幅材圖 案特征時(shí)，幅材圖案特征和刻度特征物經(jīng)歷等量的幅材應(yīng)變。在該構(gòu) 型中，刻度特征物可以用于精確地跟蹤第一層幅材圖案特征的位置， 而與隨后處理中的幅材應(yīng)變量無(wú)關(guān)?？潭忍卣魑锟梢杂糜诰_地跟蹤
15第一層幅材圖案特征的橫向位置、縱向位置、和/或角旋轉(zhuǎn)，而與隨后 處理中的幅材應(yīng)變量無(wú)關(guān)。
當(dāng)幅材應(yīng)變?cè)龃?即，幅材被更大程度地拉伸)時(shí)，刻度特征物 與幅材上形成的對(duì)應(yīng)幅材圖案特征一起被拉伸。這種現(xiàn)象使得刻度特 征物能夠用于更精確地跟蹤幅材上沉積的特征物的位置。使用根據(jù)本 文多種實(shí)施例所述的刻度尺，即使當(dāng)幅材被拉伸時(shí)，也能夠?qū)崿F(xiàn)與同 時(shí)或隨后沉積的幅材圖案特征的精確對(duì)齊。關(guān)于使用刻度特征物指示 柔性的幅材位置(其方面可以結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例使用)的額外的詳情 在與本專(zhuān)利申請(qǐng)同時(shí)提交、以引用方式并入本文中的共同擁有的美國(guó)
專(zhuān)利申請(qǐng)(代理人案巻號(hào)No.62854US002)中提供。
另外或可供選擇地，除了提供用于指示幅材的平移位移和/或角旋 轉(zhuǎn)之外，另外還可以使用刻度尺來(lái)測(cè)量幅材或圍繞幅材的周?chē)h(huán)境的 多種參數(shù)。例如，如以下更詳細(xì)討論的，可以使用刻度尺來(lái)測(cè)量幅材 的溫度、幅材的彈性模量、和/或幅材應(yīng)變。
圖4A為示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用TIR刻度尺用于指示 基底位置的過(guò)程的流程圖。光被導(dǎo)向其上設(shè)置了 TIR刻度尺的基底 (401)。例如，在一個(gè)具體實(shí)施中，刻度特征物可以包括縱向布置在 幅材上的一系列不連續(xù)棱鏡?？v向布置的棱鏡被構(gòu)造用于光調(diào)制，可 以測(cè)量該光調(diào)制以確定縱向位移。在另一個(gè)具體實(shí)施中，刻度特征物 可以包括縱向布置的第一組棱鏡和橫向布置的另一組棱鏡?？v向棱鏡 和橫向棱鏡被構(gòu)造用于調(diào)制光以確定幅材的縱向位移和橫向位移，并 且另外可以用于確定幅材的角旋轉(zhuǎn)。
刻度尺的TIR特征物調(diào)制被導(dǎo)向基底的光(402)。已調(diào)制光由光 傳感器感測(cè)(403)，并且根據(jù)被感測(cè)光來(lái)產(chǎn)生指示基底位移的輸出信 號(hào)(404)。通過(guò)這種方法，可測(cè)量到幅材的一個(gè)更大的自由度。輸出 信號(hào)可以提供幅材的縱向位移、橫向位移、和/或角旋轉(zhuǎn)的連續(xù)指示。如此前結(jié)合圖3B討論的，用于跟蹤幅材位置的信號(hào)可以包括正弦
信號(hào)和余弦信號(hào)。正弦信號(hào)和余弦信號(hào)有利地使得能夠確定粗幅材和
細(xì)幅材位置。圖4B為示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于確定粗幅材和細(xì) 幅材位置的方法的流程圖。光被導(dǎo)向其上設(shè)置了 TIR特征物的基底
(410) 。 TIR特征物調(diào)制被導(dǎo)向基底的光(420)。已調(diào)制光由光傳感 器感測(cè)(430)并且產(chǎn)生相位移為90°的第一輸出信號(hào)和第二輸出信號(hào)
(440)。應(yīng)用幅材位置校正(450)。計(jì)算相位移的輸出信號(hào)的反正 切(460)，并且該輸出信號(hào)的反正切用于跟蹤粗幅材和細(xì)幅材位置
(470)。
如此前所討論的，具有整合的刻度尺的柔性的、伸長(zhǎng)的幅材的使 用特別有利于用于滾筒式制備處理。例如，對(duì)于在連續(xù)的制備工序(例 如，在形成分層的電子器件或光學(xué)器件的過(guò)程中)期間需要對(duì)齊的制 備處理，整合的刻度尺可以用于定位幅材。如本文所示使用整合的刻 度尺的幅材定位可以用在制備低成本的電子器件、存儲(chǔ)器、標(biāo)牌、電 子紙、包含液晶(LCD)或有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)的顯示器、或其它應(yīng) 用的柔性電路中。 -
圖5A示出了可以作為巻制品500銷(xiāo)售的具有整合的TIR刻度尺 511的幅材505的一部分。TIR刻度尺511可以包括TIR特征物512和 TIR特征物513中的一者或兩者，TIR特征物512被布置用于縱向(縱 維)定位，TIR特征物513被布置用于橫向(橫維)定位。用于縱向定 位的TIR棱鏡512以這樣的方式布置，使得棱鏡514的軸與幅材515 的縱向成一定角度(如，基本上垂直)。用于橫向定位的TIR棱鏡513 以這樣的方式布置，使得棱鏡516的軸與幅材517的橫向成一定角度 (如，基本上垂直)。幅材/刻度尺巻制品產(chǎn)品500可以用于制備處理， 并且刻度尺511用于提供位置信息以有助于在幅材505上形成圖案特 征。或者，如圖5B中所示，巻制品501可以包括具有整合的TIR刻 度尺511連同第一層幅材圖案特征520 —起的柔性的幅材506。 TIR刻 度尺511可以與第一層幅材圖案特征520同時(shí)形成在幅材506上，或 TIR刻度尺511和幅材圖案特征520可以在單獨(dú)的制備工序中形成在幅 材506上。在補(bǔ)償連續(xù)層沉積期間幅材506的短暫或永久維度變化時(shí)， 具有整合的TIR刻度尺511連同第一層幅材圖案特征520的幅材506 一起的構(gòu)型是特別有幫助的。例如，聚合物幅材可以易于拉緊，該拉 緊的過(guò)程改變了由于熱處理、和/或吸附或解吸附水或其它溶劑而導(dǎo)致 的制品收縮或膨脹的長(zhǎng)度，從而使得層與層的對(duì)齊變得困難。當(dāng)TIR 刻度特征物512、刻度特征物513和第一層幅材圖案特征520同時(shí)形成 時(shí)，隨后使用整合的TIR刻度尺511來(lái)進(jìn)行沉積過(guò)程中的對(duì)齊自動(dòng)補(bǔ) 償了在幅材加工應(yīng)用過(guò)程中共同出現(xiàn)的幅材應(yīng)變的變化。當(dāng)幅材應(yīng)變 增大(即，幅材被更大程度地拉伸)時(shí)，刻度尺元件與形成在幅材上 的第一層幅材圖案特征一起被拉伸。當(dāng)幅材圖案特征520和刻度特征 物512、刻度特征物513在形成過(guò)程中經(jīng)歷相同的維度變化時(shí)，刻度特 征物512、刻度特征物513能夠更精確地跟蹤幅材506上沉積的幅材圖 案特征520的位置。在一些實(shí)施例中，幅材505可以包括幅材505 — 個(gè)表面上的粘合劑層555。
在圖5C所示的一些實(shí)施例中，刻度尺部分530可以與具有圖案特 征的那部分幅材507分開(kāi)?？潭瘸卟糠?30和幅材部分507可以作為 單獨(dú)的巻制品銷(xiāo)售?？潭瘸卟糠?30可以附接到不同的幅材，并且可 以用于如本文所述的幅材定位。如此前結(jié)合圖5B所討論的，刻度尺部 分530和/或幅材部分507可以包括粘合劑555。例如，粘合劑555對(duì) 于將刻度尺部分530附接到不同的幅材來(lái)說(shuō)是特別有用的。
形成在柔性材料上的刻度尺在它們附接到基部基底時(shí)是特別有用 的。當(dāng)將刻度尺附接到機(jī)器或其它基底時(shí)遇到的一個(gè)需要考慮的問(wèn)題 是，基底與刻度尺之間的熱膨脹系數(shù)(CTE)之差。例如，如果使用非常 剛性的刻 尺，則刻度尺將以不同于基底的速率膨脹，所以刻度尺按照(CTE刻度尺-CTE基底)X ATX刻度尺長(zhǎng)度來(lái)改變不同的量。如果刻度 尺的膨脹量小于基底，則在刻度尺處于拉緊狀態(tài)時(shí)相對(duì)容易控制，并 且將始終隨直線(xiàn)而變。然而，如果刻度尺的膨脹的量大于基底，則刻 度尺將處于壓縮狀態(tài)，并且產(chǎn)生使刻度尺往往會(huì)彎曲(即，刻度尺往 往會(huì)起皺出面外)的額外的力。所產(chǎn)生的壓縮力為A (模量)XA (面 積)X應(yīng)變。
根據(jù)本發(fā)明多種實(shí)施例形成的柔性的刻度尺的CTE比通常使用的 鋼尺高約5倍，但是其彈性模量比鋼尺小約300倍。凈力小約60倍。 因此，本文所述的柔性的刻度尺可以粘結(jié)到基底而沒(méi)有顯著的彎曲， 這使得刻度尺能夠更精密地跟蹤基底位置。
通過(guò)使用柔性的刻度尺，例如具有棱錐的矩形陣列(使得x7y能 夠讀出)的塑料或聚合物刻度尺，可以使柔性的刻度尺比當(dāng)前可用的 刻度尺大得多。例如，可以制備寬度為60英寸或更大的數(shù)英里長(zhǎng)的刻 度尺。
本文所述的實(shí)施例涉及具有用于指示基底位移的TIR刻度特征物 的位移刻度尺。這些刻度尺可以用于指示基底位移，并且可用于提供 幅材的縱向(縱維)、橫向(橫維)、和/或角位移的連續(xù)跟蹤。.另外 或可供選擇地，刻度特征物可以在測(cè)量多種幅材參數(shù)的過(guò)程中采用。 在多種實(shí)施例中，可以使用刻度特征物來(lái)測(cè)量取決于幅材維度變化的 參數(shù)，例如溫度、應(yīng)變、和/或彈性模量。
在一個(gè)應(yīng)用中，可以使用刻度特征物來(lái)測(cè)量幅材溫度差。幅材溫 度差ST造成對(duì)應(yīng)的維度差SLT。刻度特征物和傳感器電路可以用于 測(cè)量維度差SLT。幅材溫度差5T，可以衍生自測(cè)量的維度差。
刻度特征物可以用于測(cè)量幅材應(yīng)變、由拉伸幅材的力造成的變形 量。例如，只考慮到縱向應(yīng)變，當(dāng)具有初始長(zhǎng)度L的幅材沿著其縱向(x)軸被拉伸時(shí)，幅材長(zhǎng)度差為SL，從第一長(zhǎng)度L,變?yōu)榈诙L(zhǎng)度L2。 縱向拉伸幅材的線(xiàn)性應(yīng)變ex用^-^/A'來(lái)表示。在幅材任意點(diǎn)處沿著 x軸的應(yīng)變可以表達(dá)為沿著軸在任意點(diǎn)處沿著x方向位移的微分，艮P， &=3",/&。角應(yīng)變或剪切應(yīng)變考慮到沿著縱向(x)軸和橫向(y)軸 的變形。在幅材任意點(diǎn)處的角應(yīng)變或剪切應(yīng)變?yōu)?br> 一
沿著縱向(x)和橫向(y)布置的刻度特征物可以與兼容的能量源/傳 感器組合一起使用，以測(cè)量幅材的縱向變形和橫向變形。這些變形可 以用于計(jì)算沿著x軸和y軸的線(xiàn)性應(yīng)變以及角應(yīng)變或剪切應(yīng)變。
在一個(gè)應(yīng)用中，測(cè)量的幅材變形可以用于計(jì)算彈性模量。模量可 以計(jì)算為A-應(yīng)力/應(yīng)變。因此，如上所述使用已知的力并且測(cè)量幅材應(yīng)
變，可以確定幅材的彈性模量。
TIR刻度特征物可以通過(guò)多種技術(shù)形成在基底中或形成在基底上。 例如，刻度特征物可以通過(guò)澆注和固化處理沉積或者說(shuō)是形成在基底 上。或者，刻度特征物可以通過(guò)壓印、刻線(xiàn)、燒蝕、印刷或其它技術(shù) 來(lái)形成。
在基底上形成TIR刻度尺的方法涉及使用輥，該輥包括負(fù)突起形 式的刻度尺的TIR刻度特征物。例如，輥可以包括圖2F至圖2G中所 示的刻度特征物的負(fù)突起形式的圖案或其它構(gòu)型。在使用縱向刻度特 征物和橫向刻度特征物的情況下，可以構(gòu)造輥，以同時(shí)形成縱向刻度
特征物和橫向刻度特征物。
輥接觸或保持貼近基底，并且旋轉(zhuǎn)以在基底上形成TIR刻度特征 物。用于形成TIR特征物的材料可以沉積在基底上，并且輥的旋轉(zhuǎn)形 成基底上材料中的TIR特征物。作為另外一種選擇或除此之外，材料還可以沉積在輥上，然后從 輥被轉(zhuǎn)印到基底，以完成特征物的形成。例如，材料可以包括樹(shù)脂、
可澆注聚合物或固化性液體，例如uv或熱固化型材料。
在一些具體實(shí)施中，輥可以另外包括負(fù)突起形式的圖案特征。當(dāng) 輥接觸基底或者保持貼近基底并且旋轉(zhuǎn)時(shí)，圖案特征和刻度特征物一 起同時(shí)形成在基底的表面上。在其它具體實(shí)施中，使用第一輥和第二 輥，第一輥具有負(fù)突起形式的刻度特征物，并且第二輥具有負(fù)突起形 式的圖案特征。使用第一輥和第二輥，刻度特征物和圖案特征可以同 時(shí)或者順序地形成在基底上。
在又一個(gè)具體實(shí)施中，第一輥用于在基底表面上形成刻度特征物
和第一組圖案特征。第二輥用于在基底(例如，基底的相背表面)上 形成第二組圖案特征。在該具體實(shí)施中，刻度特征物可以用來(lái)確定幅 材位置，以方便形成與第一組圖案特征對(duì)準(zhǔn)的第二組圖案特征。
圖6示出了具有可以用于在基底上形成TIR刻度尺的負(fù)突起形式 的TIR特征物610的輥600的一部分的側(cè)視圖。應(yīng)當(dāng)注意，該輥的維 度被大大地夸大了，以方便示出輥。在該實(shí)例中，TIR特征物峰的間距 p為約4(Him并且特征物之間的距離d為約20nm，但可以使用用于p 和d的其它值。
應(yīng)當(dāng)注意，雖然沒(méi)有示出，但是輥600可以附加包括負(fù)突起形式 的圖案特征。輥的操作使得如本文所述在幅材上同時(shí)形成刻度尺和圖 案特征。
圖7示出了用于在基底705上形成包括TIR棱鏡特征物720的刻 度尺701的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括具有負(fù)突起形式的TIR刻度特征物711的 輥710。輥710被構(gòu)造用于當(dāng)接觸或者貼近基底705時(shí)旋轉(zhuǎn)。輥710的 旋轉(zhuǎn)在基底705上形成刻度尺的TIR棱鏡特征物720。分配到基底705 的表面上。輥710旋轉(zhuǎn)，以在材料741中形成TIR棱鏡特征物。可任 選地是，系統(tǒng)可以包括固化工位750，其包括被構(gòu)造用于發(fā)射固化能的 能量源，例如紫外光、熱、或使基底705上的材料741固化的其它固 化能。
圖8的示意圖示出了用于將TIR刻度尺801沉積到基底805上的 系統(tǒng)的替代實(shí)施例。在該實(shí)施例中，輥810包括TIR刻度特征物811 和負(fù)突起形式的圖案特征812兩者。接觸或貼近基底805的輥810的 旋轉(zhuǎn)在基底805上同時(shí)形成TIR刻度特征物820和圖案特征821。
在圖8所示的實(shí)施例中，TIR棱鏡820和圖案特征821由相同的 材料841形成。分配器840將材料841分配到基底805的表面上。輥 旋轉(zhuǎn)，從而在材料841中形成TIR棱鏡特征物?？扇芜x地是，系統(tǒng)可 以包括固化工位850，該固化工位包括被構(gòu)造用于發(fā)射固化能的能量 源，例如，紫外光、熱、或使基底805上的材料841固化的其它能量。
在一些構(gòu)型中，用于形成TIR刻度特征物和圖案特征的材料可以 不同。在這些構(gòu)型中，可以使用單獨(dú)的材料分配器和/或固化工位。
圖9示出了用于產(chǎn)生雙側(cè)的幅材基底912的實(shí)例系統(tǒng)910，該雙 側(cè)的幅材基底912包括幅材相對(duì)表面上的特征物。例如，刻度尺和第 一組圖案特征可以形成在幅材的第一表面上，而第二組圖案特征形成 在幅材的相對(duì)表面上。在一些構(gòu)型中，系統(tǒng)包括第一分配器916和第 二分配器920、軋輥914、和第一壓花輥918和第二壓花輥924。在某 些情況下，第一分配器916可以是第一擠出模頭916，而第二分配器 920可以是第二擠出模頭920。
在圖示實(shí)施例中，第一材料922在與第一壓花輥918接觸之前被設(shè)置在幅材表面上，第二材料928在與第二壓花輥924接觸之前被設(shè) 置在相對(duì)幅材表面上。在其它實(shí)施例中，第一材料設(shè)置在第一壓花輥 上和/或第二材料設(shè)置在第二壓花輥上。這些實(shí)施例中，第一材料和第 二材料從壓花輥被轉(zhuǎn)印到幅材上。
在一個(gè)具體實(shí)施中，第一擠出模頭916將第一固化性液體涂層922 分配到幅材912的第一表面上。軋輥914將第一材料922壓到第一壓 花輥918中，以在幅材表面上形成特征物。例如，第一壓花輥918將 TIR刻度特征物和負(fù)突起形式的第一組圖案特征圖案化。在一些情況 下，軋輥914可以是被橡膠覆蓋的輥。當(dāng)幅材經(jīng)過(guò)第一壓花輥918與 軋輥914之間時(shí)，在幅材912的第一表面上的第一材料922中，形成 TIR棱鏡特征物和第一組圖案特征。使用提供合適固化能的能量源926 固化第一材料922。在某些情況下，能量源926可以提供紫外燈，如， 波長(zhǎng)范圍從約200納米至約500納米的光。
使用第二擠出模頭920將第二固化性液體層928涂覆在幅材912 的相對(duì)側(cè)上。將第二層928壓進(jìn)第二壓花輥924中，第二壓花輥924 將負(fù)突起形式的第二組圖案特征圖案化。當(dāng)幅材912經(jīng)過(guò)第一壓花輥 918與第二壓花輥924之間時(shí)，第二組圖案特征被轉(zhuǎn)印到第二層928。 對(duì)第二涂層928重復(fù)該固化處理。
在一些構(gòu)型中，可以使用幅材912的第一表面上由TIR棱鏡形成 的刻度尺，從而得到形成在幅材相對(duì)側(cè)上的第一組圖案特征和第二組 圖案特征之間的對(duì)齊。
圖10提供了第一壓花輥1044和第二壓花輥1046的更靠近的視 圖。第一壓花輥1044和第二壓花輥1046可以視為參照?qǐng)D9討論的壓 花輥918、壓花輥924的具體實(shí)施例。第一壓花輥1044包括TIR刻度 特征物1042和負(fù)突起形式的第一組圖案特征兩者。第二壓花輥1046 具有第二組圖案特征1050。當(dāng)幅材1030經(jīng)過(guò)第一壓花輥1044的上方時(shí)，沉積在幅材1030的 第一表面1032上的第一固化性液體可以通過(guò)固化能來(lái)固化的，該固化 能是通過(guò)接近第一壓花輥1044上的第一區(qū)域1036的能量源1034提供 的。TIR刻度特征物1054和第一組圖案特征形成在幅材1030的第一面 1043上，并且液體被固化。
在形成了 TIR刻度特征物1054和第一組圖案特征之后，將第二固 化性液體1052分配到幅材1030的第二表面1038上。為了確保第二液 體1052沒(méi)有過(guò)早固化，通常通過(guò)設(shè)置第一能量源1034使得第一能量 源1034發(fā)射的能量沒(méi)有落到第二液體1052上，將第二液體1052與第 一能量源1034隔離。如果需要，固化源1034、固化源1040可以位于 其各自的壓花輥1044、壓花輥1046的內(nèi)部。
在形成了 TIR刻度特征物1054和第一圖案特征之后，幅材1030 繼續(xù)沿著第一輥1044運(yùn)動(dòng)。幅材1030的移動(dòng)可以使用此前沉積的TIR 刻度尺來(lái)控制。幅材繼續(xù)移動(dòng)，直到其進(jìn)入第一壓花輥1044和第二壓 花輥1046之間的間隙區(qū)域1048為止。然后，第二液體1052設(shè)置在幅 材的第二表面上，并且通過(guò)第二壓花輥1046形成為第二組圖案特征。 第二圖案特征通過(guò)第二能量源1040發(fā)射的固化能來(lái)固化。當(dāng)幅材1030 進(jìn)入第一壓花輥1044和第二壓花輥1046之間的間隙1048中時(shí)，此時(shí) 基本固化并且粘結(jié)到幅材1030的TIR刻度特征物1054和第一圖案特 征約束幅材1030滑動(dòng)，而幅材1030開(kāi)始移動(dòng)到間隙1048中并且在第 二壓花輥1046周?chē)苿?dòng)。這樣減少了幅材拉伸和滑動(dòng)，而幅材的拉伸 和滑動(dòng)是形成在幅材1030的相對(duì)側(cè)1032、 1038上的特征物之間的對(duì) 準(zhǔn)誤差的原因。
通過(guò)將幅材1030支承在第一壓花輥1044上，同時(shí)使第二液體1052 接觸第二壓花輥1046，形成在幅材1030的相對(duì)側(cè)1032、 1038上的特 征物1054、特征物1056之間的對(duì)準(zhǔn)程度變成控制第一壓花輥1044和第二壓花輥1046的表面之間位置關(guān)系的函數(shù)。在第一壓花輥1044和 第二壓花輥1046周?chē)约霸趬夯ㄝ佇纬傻拈g隙1048之間的幅材的S 形環(huán)繞，使得張力、幅材應(yīng)變變化、溫度、由鉗住幅材的機(jī)構(gòu)造成的 微滑動(dòng)以及橫向位置控制的效應(yīng)最小化。S形環(huán)繞可保持幅材1030以 180度的包角與每個(gè)壓花輥接觸，但包角可或多或少地取決于具體要 求。適用于本發(fā)明實(shí)施例的在幅材相對(duì)側(cè)上形成特征物的另外方面在 共同擁有的美國(guó)專(zhuān)利公布20060210714中有所描述，該專(zhuān)利公布以引 用方式并入本文。
在一些具體實(shí)施中，此前制備工序中形成的TIR刻度尺可以在后 續(xù)的制備工序中用于控制基底位置。在圖11中示出了這種具體實(shí)施， 其中，為了圖解的目的，大大地夸大了 TIR刻度特征物和圖案特征。 第一分配器1101將第一層材料1111沉積在透明幅材1105的表面上。 第一層材料1111沉積在其上的幅材1105與具有負(fù)突起形式的TIR刻 度特征物1121和負(fù)突起形式的第一圖案特征(未示出)的輥1120接 觸。當(dāng)幅材1105經(jīng)過(guò)第一壓花輥1120和第一軋輥1125之間時(shí)，TIR 刻度特征物1126和第一圖案特征(未示出)形成在幅材1105上的第 一層材料UU中。
在形成了包括TIR刻度特征物U26的刻度尺之后，在后續(xù)的加工 工序中，使用刻度尺來(lái)控制幅材1105的位置。光源1130將光1131導(dǎo) 向TIR刻度特征物1126。光由TIR刻度特征物1126來(lái)調(diào)制。已調(diào)制 光由產(chǎn)生指示幅材位移的輸出信號(hào)的光傳感器1140來(lái)感測(cè)。光傳感器 1140均分視圖中由圖案調(diào)制的光。幅材位置處理器1150使用光傳感器 輸出來(lái)確定幅材位置。幅材運(yùn)動(dòng)控制器1160使用來(lái)自幅材位置處理器 1150的信息來(lái)控制幅材1105的縱維位置和/或橫維位置，以方便第一 圖案特征和第二圖案特征之間的對(duì)齊。
在后續(xù)的加工工序中，在幅材上形成第二圖案特征。例如，在與 上面形成了 TIR刻度尺元件1126的表面相背的幅材表面上，可以形成
25第二圖案特征1176。第二分配器1102將第二層材料1112沉積在幅材 1105上。使第二層材料1112設(shè)置在其上的幅材1105經(jīng)過(guò)第二壓花輥 1170與第二軋輥1175之間。第二壓花輥1171包括負(fù)突起形式的第二 圖案特征1171。當(dāng)幅材U05經(jīng)過(guò)第二壓花輥1171與第二軋輥1175之 間時(shí)，第二圖案特征1176形成在第二材料層1112中。包括編碼器(光 源1130、 TIR刻度尺1126和光傳感器1140)的運(yùn)動(dòng)控制組件1180、 幅材位置處理器1150、和幅材運(yùn)動(dòng)控制器1160保持第一圖案特征(未 示出)和第二圖案特征1176之間的對(duì)齊。
另外可以利用還可選的后續(xù)的加工工序。示例性加工工序可包括.-在將已經(jīng)涂覆到幅材的材料固化之后，向幅材施加更高的張力。相似 地，另一個(gè)示例性加工工序可包括在固化了所涂覆的特征物之后， 將巻纏繞；這種纏繞可以包括對(duì)幅材和幅材上所形成特征物的更大程 度的拉伸。這類(lèi)可選的加工工序可為有利的方面在于使由施加在特 征物區(qū)域內(nèi)的幅材上的不均一應(yīng)力造成的幅材的任何收縮最小化。這 類(lèi)收縮可造成幅材彎曲或形成小的褶皺；諸如以上討論的可選工序可 使可能出現(xiàn)的任何彎曲或褶皺最小化。在閱讀了本說(shuō)明書(shū)的情況下， 本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到如何實(shí)現(xiàn)這類(lèi)可選的加工工序。
使任何彎曲或褶皺最小化的另一個(gè)方法可以包括在幅材的背面上 使用二次結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的示例性類(lèi)型將會(huì)是要補(bǔ)償或排除幅材的彎曲趨 勢(shì)的類(lèi)型?？稍趫D12中看到這種結(jié)構(gòu)的實(shí)例。如圖12所示，幅材205 包括由較小的結(jié)構(gòu)體面臨的光學(xué)刻度特征物215 (在該示例性實(shí)施例 中)，本文稱(chēng)作后側(cè)圖案特征1210。
在閱讀了本說(shuō)明書(shū)的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，例 如，根據(jù)參照?qǐng)D11討論的示例性方法，可制備包括后側(cè)特征物(如圖 12中示例的)的這種幅材。
本文所述的TIR刻度尺可用于形成編碼器，該編碼器使形成在基底兩側(cè)上的特征物對(duì)齊，并且提供幅材張力控制、幅材操縱和增強(qiáng)的
轉(zhuǎn)換操作。TIR刻度特征物可在柔性的幅材上高速制備，并且不需要涂
層起作用。因此，TIR刻度特征物可以用于在沒(méi)有第二涂覆工序的情
況下， 一形成特征物，就確定幅材位移。
本發(fā)明多種實(shí)施例的上述說(shuō)明為舉例說(shuō)明的目的而提供。這些說(shuō) 明并非意圖窮舉性的或?qū)⒈景l(fā)明限于所公開(kāi)的精確形式。按照上述教 導(dǎo)，多個(gè)修改形式和變形形式是可以的。本發(fā)明的范圍不受具體實(shí)施 方式的限制，而是受所附權(quán)利要求書(shū)的限制。
權(quán)利要求
1.一種確定基底位移的方法，包括將光導(dǎo)向設(shè)置在基底上的刻度尺，所述刻度尺包括作為刻度尺元件的多個(gè)全內(nèi)反射(TIR)棱鏡；使用所述全內(nèi)反射棱鏡來(lái)調(diào)制所述光；以及根據(jù)已調(diào)制光來(lái)產(chǎn)生信號(hào)，所述信號(hào)指示基底位移。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，還包括使用產(chǎn)生的所述信號(hào)確定所述基底的位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中產(chǎn)生所述信號(hào)包括產(chǎn)生指 示縱向基底位移或橫向基底位移的信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，的幅材。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法， 于100mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 述幅材的角旋轉(zhuǎn)。其中所述基底包括伸長(zhǎng)的、柔性其中所述幅材的彎曲半徑為約小其中確定所述基底的位移包括所
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述基底包括聚合物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中調(diào)制所述光包括使用所述TIR棱鏡來(lái)反射所述光的一部分；以及產(chǎn)生所述信號(hào)包括根據(jù)反射的光來(lái)產(chǎn)生所述信號(hào)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)制所述光包括使所述光的一部分透過(guò)所述基底；以及 產(chǎn)生所述信號(hào)包括根據(jù)透過(guò)的光來(lái)產(chǎn)生所述信號(hào)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)制所述光還包括使用一 個(gè)或多個(gè)調(diào)制盤(pán)來(lái)調(diào)制所述光。
11. 一種用于指示基底位移的系統(tǒng)，包括-基底，所述基底包括刻度尺，所述刻度尺包括設(shè)置在所述基底上 的全內(nèi)反射(TIR)棱鏡，所述TIR棱鏡被構(gòu)造用于調(diào)制被導(dǎo)向所述基底 的光；禾口傳感器，所述傳感器被構(gòu)造用于檢測(cè)由所述TIR棱鏡調(diào)制的光， 并且根據(jù)已調(diào)制光來(lái)產(chǎn)生指示所述基底的位移的信號(hào)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，還包括處理器，所述處理器被 構(gòu)造用于根據(jù)傳感器信號(hào)來(lái)確定基底位置。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述基底包括柔性的、伸 長(zhǎng)的幅材。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述TIR棱鏡包括設(shè)置在 所述幅材的表面上的直角正棱鏡。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述TIR棱鏡具有約卯 °的內(nèi)角。
16. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，其中所述TIR棱鏡的棱鏡之間 的間距為約20pm，并且棱鏡峰之間的間距為約40pm。
17. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，其中所述TIR棱鏡包括所述基 底中的凹槽或凹口。
18. —種巻制品，包括伸長(zhǎng)的、柔性的幅材，所述伸長(zhǎng)的、柔性的幅材具有設(shè)置在其上的圖案特征和整合的刻度尺，所述刻度尺包括全內(nèi)反射(TIR)棱鏡，所述全內(nèi)反射棱鏡被構(gòu)造用于調(diào)制被導(dǎo)向所述幅 材的光，已調(diào)制光指示幅材位置。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的巻制品，其中所述已調(diào)制光包括由所 述棱鏡反射的光。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的巻制品，其中所述幅材為透明的，并 且所述己調(diào)制光包括透過(guò)該透明幅材的光。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的巻制品，還包括粘合劑，所述粘合劑 設(shè)置在所述柔性的幅材的至少一個(gè)表面上。
全文摘要
本發(fā)明描述了使用包括TIR刻度特征物的刻度尺用于確定基底位移的方法和系統(tǒng)。包括作為刻度尺元件的多個(gè)全內(nèi)反射(TIR)棱鏡的刻度尺被設(shè)置在基底上。被導(dǎo)向刻度尺的光由TIR棱鏡調(diào)制。根據(jù)已調(diào)制光產(chǎn)生指示基底的位移的信號(hào)。信號(hào)可以用于確定幅材位置、控制幅材的移動(dòng)、和/或測(cè)量多種幅材參數(shù)。
文檔編號(hào)G01N21/55GK101680780SQ200880021043
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月19日
發(fā)明者丹尼爾·H·卡爾森, 丹尼爾·S·沃茨, 利文特·伯耶克勒, 艾倫·B·坎貝爾, 路易斯·A·阿吉雷, 達(dá)萊·L·埃內(nèi)斯 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司