对具有微复制透镜阵列的幅材的精确控制制造技术

本发明专利技术提供了一种感测系统，该感测系统提供高分辨率反馈以便进行幅材引导和张力控制。该系统尤其可用于被制造成具有微米尺寸级的微复制结构的幅材。微复制工位在幅材上形成微复制透镜的图案。感测系统照射幅材上的测量区并且检测从第一测量区内的微复制透镜集合射出的光的角分布。控制系统基于检测到的角分布调节传送系统的至少一个过程控制参数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对具有微复制透镜阵列的幅材的精确控制
本专利技术涉及幅材制造技术。
技术介绍
所制造的幅材可以是在一个方向上具有固定尺寸且在正交方向上具有预定或不定长度的任何片状材料。幅材的实例包括但不限于金属、纸张、织物、非织物、玻璃、聚合物膜、柔性电路或它们的组合。金属可以包括例如钢或铝等材料。织物一般包括各种布。非织物包括例如纸张、过滤介质或绝缘材料等材料。膜包括例如透明和不透明的聚合物膜，包括层压材料和涂覆膜。幅材制造工艺通常利用连续进料制造系统，如用于制备纸张、膜、带材等的制造系统，并且通常包括一个或多个由电机驱动的可旋转机械部件，如辊、浇注轮、皮带轮、齿轮、牵引辊、挤出机、齿轮泵等。这些系统通常包括电子控制器，这些电子控制器输出控制信号，以接合电机并且以预定速度驱动幅材。当制造要求在幅材两面上在幅材的纵向或横向对齐特征的基于幅材的产品时，重要的是，仔细管理幅材横向位置和幅材纵向位置以及幅材应变，以控制正确的特征对齐。现有的用于管理这些参数的幅材控制策略可能受到测量质量的限制，所述测量向幅材控制系统提供位置反馈，以保持幅材特征较好地对齐。
技术实现思路
总体上，本文件描述了可提供用于幅材特征对齐的高分辨率测量和反馈的技术。这些技术尤其可用于被制造成具有微米尺寸级的微复制结构的幅材。这些技术可实现在微米和亚微米特征的相对位置上的精确的在线测量。数据可被馈送给横向和纵向控制系统，以提供实时的亚微米校正，以便控制幅材的微结构化特征的对齐。在一个实例中，这些技术应用于被制造成包括微透镜（即直径约数十至数百微米的透镜）阵列的幅材。微透镜可以是交付给顾客的产品的一体部分，例如在光线角度控制膜、一体成像膜、光提取阵列、生物医学传感器、CCD和CMOS阵列传感器和太阳能电池阵列等产品的情况下。在其它实例中，可以在幅材的不用于顾客产品的那些部分（例如边缘处）引入并制造微透镜，以提供亚微米工艺控制的机制。如本文所述的，这些技术可以利用阵列传感器（例如，CCD相机）记录被一个或多个光源照射时从微透镜发射的光的角分布。测量系统或控制系统可以监测离开微透镜的光的角分布，并且精确地测定在透镜和影响位于透镜的焦平面中的光分布的特征之间的相对位置（即对准度）。亚微米对齐可以通过使用特征节距和半径为数十微米的微透镜的阵列来实现。在一个意义上，这些技术使幅材的特征之间的相对对准能够被转换成角度分布，可以将所述角分布与预期的角分布进行比较。相比于利用基于图像的定位系统根据幅材上的图像基准标记来确定幅材位置的制造系统，本文描述的技术可能具备一些优点。这类系统的位置分辨率在物理上受系统的物镜镜头系统的衍射极限和入射光波长的限制。另外，这种高分辨率物镜具有非常小的景深，以致单个传感器难以横跨幅材的两个面而保持聚焦。此外，这类系统常常需要形成高速自聚焦的形式，以在存在（因移动幅材而出现的）自然景深变动的情况下保持聚焦。在一个实施例中，一种制造系统包括：微复制工位，其在幅材上形成微复制透镜的图案；传送系统，其传递幅材，使幅材通过微复制工位；感测系统，其照射幅材上的测量区并且检测从第一测量区内的微透镜组射出的光的角分布；以及控制系统，其基于检测到的角分布，调节传送系统的至少一个过程控制参数。在另一个实施例中，一种方法包括：用传送系统传递幅材，使幅材通过制造工序的微复制工位；以及用微复制工位在幅材上形成微复制透镜的图案。该方法还包括：在形成微复制透镜的图案之后，检测来自幅材的微透镜的光的角分布；以及基于检测到的角分布，调节传送系统的至少一个过程控制参数。在另一个实施例中，一种方法包括：用传送系统在制造工序的第一图案形成工具和第二图案形成工具之间传送幅材；用第一图案形成工具在幅材上形成第一图案；以及用第二图案形成工具在幅材上形成第二图案。该方法还包括：在形成第一图案和第二图案之后，检测第一图案的特征和第二图案的特征之间的相对距离；以及基于检测到的相对距离，调节幅材传送系统的至少一个过程控制参数。在又一个实施例中，一种方法包括：用传送系统传递幅材，使幅材通过制造工序的复制工位；以及用复制工位在幅材上形成复制透镜的图案。该方法还包括：在形成复制透镜的图案之后，检测来自幅材的复制透镜的光的角分布；以及基于检测到的角分布，调节幅材传送系统的至少一个过程控制参数。在再一个实施例中，一种方法包括：用传送系统传递幅材，使幅材通过制造工序的微复制工位；以及用微复制工位在幅材的第一表面上形成微复制光学特征。该方法还包括：在形成微复制光学特征之后，检测来自幅材的微复制光学特征的光的角分布；以及基于检测到的角分布，调节幅材传送系统的至少一个过程控制参数。本专利技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和具体实施方式中给出。根据具体实施方式和附图以及权利要求书，本专利技术的其他特征、目标和优点将显而易见。附图说明图1是示出根据本专利技术原理进行操作的基于幅材的制造系统10的一部分的框图。图2示出得自幅材的示例光线角度控制膜产品的三个可能的横截面，其中，在各种表示之间微透镜和相对侧结构之间的对齐有所不同。图3A和图3B示出来自任何给定微透镜的光的角分布如何取决于相关棱镜的顶端和透镜的轴之间的对齐度。图4A是示出感测系统的示例实施例的框图，该感测系统在制造过程中测量得自幅材上已知位置处的微透镜的角分布。图4B（例如）是示出源光束的入射方向相对于幅材横向略微旋转的底视图。图5是示出由阵列传感器采集的示例角分布数据的曲线图。图6A、图6B是示出对光束角分布的分析的曲线图。图7是示出示例基准标记的一个实施例的示意图，该基准标记可以被印刷或者以其他方式形成在幅材上。图8示出幅材制造系统的另一个实施例，其中，控制系统利用位置信号一起进行幅材横向和幅材纵向控制（即进行位置控制）。图9A示出其中所述技术被用于成像应用的另一个实施例。图9B示出用于确定幅材上的微复制特征和接触幅材的微复制工具之间的相对配准的另一个实施例。图10是示出其中有幅材在工具之间通过的基于幅材的制造系统的一部分的俯视图。图11A至图11C是示出系统将线加于幅材时的测量结果的示意流程图。具体实施方式图1是示出根据本专利技术原理进行操作的基于幅材的制造系统10的一部分的框图。在此特定实例中，示出了幅材传送系统的区段，该区段包括多个从动辊和惰辊，移动幅材12通过幅材传送系统。在这个实例中，基于幅材的制造系统10包括两个微复制工具14A、14B（统称为“工具14”），一个跟随另一个。微复制工具制备具有微结构的幅材12，所述微结构可以（例如）在幅材纵向上连续延伸，或者可以形成其他二维（2D）图案，该二维图案只是随着工具旋转而重复。这种构造可以用在（例如）幅材12的制造中，用以包括具有微米尺寸级的微复制结构。在一个实例中，幅材12被形成为两面膜，在幅材的底面和顶面具有相对的微结构图案。在这个实例中，微结构图案都各自被形成为在幅材横向上具有对应节距或周期性。换句话讲，微复制图案被构造成根据限定的间距在幅材横向上重复。此外，幅材12的不同面上的相对的微结构图案可以在幅材横向上以不同的节距或周期性形成。另外，相对的微复制图案设置在幅材12上，使得相对图案中的各个特征在一个或多个幅材横向位置处具有已知的相对于微透镜轴线的所需对齐。在又一个方面，微复制图案可能随着幅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.01 US 61/320,1971.一种制造幅材的方法，所述方法包括：用传送系统传递幅材通过制造工序的第一微复制工位；用所述第一微复制工位在所述幅材上形成微复制透镜的图案；以及在形成所述微复制透镜的图案之后，检测来自所述幅材的所述微复制透镜的光的角分布，并且基于对来自所述微复制透镜的光的所述角分布的分析，测定所述幅材的对齐误差；基于所测定的对齐度，将转换加工设备相对于所述幅材在幅材横向上自动地定位，以将所述转换加工设备定位在所述幅材的其中所述幅材的所述微复制特征的对齐度在规定的公差范围内的那些区域；以及用所述转换加工设备，使用所述幅材的其中所述幅材的所述微复制特征的对齐度在规定的公差范围内的那些区域，将所述幅材转换成产品。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于所测定的对齐误差，调节所述传送系统的至少一个过程控制参数。3.根据权利要求2所述的方法，其中调节至少一个过程控制参数的步骤包括：在向所述第一微复制工位传送所述幅材时调节所述幅材的幅材横向位置。4.根据权利要求2所述的方法，其中调节至少一个过程控制参数的步骤包括：在向所述第一微复制工位传送所述幅材时调节所述幅材的幅材纵向位置。5.根据权利要求2所述的方法，其中调节至少一个过程控制参数的步骤包括：在向所述第一微复制工位传送所述幅材时调节所述幅材的幅材横向位置和幅材纵向位置这两者。6.根据权利要求2所述的方法，其中调节至少一个过程控制参数的步骤包括：在向所述第一微复制工位传送所述幅材时调节所述幅材的张力。7.根据权利要求2所述的方法，还包括：向操作者显示经调节的过程控制参数作为推荐调节量。8.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述对齐误差记录在数据库中。9.根据权利要求1所述的方法，还包括：当所述对齐误差超过阈值时在所述幅材上做标记。10.根据权利要求1所述的方法，还包括：用第二微复制工位，在所述幅材上形成微复制特征的图案，其中用所述第一微复制工位形成所述微复制透镜，使所述微复制透镜在幅材横向上在所述幅材的第一表面上重复，其中用所述第二微复制工位形成所述微复制特征，使所述微复制特征在幅材横向上在所述幅材的与所述微复制透镜的图案相背的背向表面上重复。11.根据权利要求10所述的方法，其中检测来自所述微复制透镜的光的所述角分布的步骤包括：照射所述背向表面上的测量区内的微复制特征的集合，以引导光通过所述微复制特征的集合并且通过所述幅材的所述第一表面上的微复制透镜的集合；以及检测由所述微复制透镜的集合发射的光的角分布。12.根据权利要求11所述的方法，其中形成微复制特征的图案的步骤包括形成微复制棱镜的图案。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述对齐误差代表偏离所述测量区内的所述微复制透镜的集合和所述微复制棱镜的集合之间的预期对齐度的误差。14.根据权利要求10所述的方法，其中检测来自所述微复制透镜的光的所述角分布并且测定对齐误差的步骤包括：用光源照射所述背向表面上的测量区内的微复制特征的集合，以引导光通过所述微复制特征的集合并且通过所述幅材的所述第一表面上的微复制透镜的集合；检测由所述微复制透镜的集合发射的来自所述光源的光的角分布；基于对所述微复制透镜的集合发射的来自所述光源的光的所述角分布的分析，测定与所述测量区相关的对齐误差。15.根据权利要求12所述的方法，其中检测来自所述微复制透镜的光的所述角分布并且测定对齐误差的步骤包括：用第一光源和第二光源照射所述背向表面上的测量区内的微复制特征的集合，以引导光通过所述微复制特征的集合并且通过所述幅材的所述第一表面上的微复制透镜的集合；检测由所述微复制透镜的集合发射的来自所述第一光源的光的角分布；检测由所述微复制透镜的集合发射的来自所述第二光源的光的角分布；以及基于由所述微复制透镜的集合发射的来自所述第一光源的光的所述角分布与由所述微复制透镜的集合发射的来自所述第二光源的光的所述角分布的比较结果，测定与所述测量区相关的对齐误差。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述对齐误差代表偏离所述测量区内的所述微复制透镜的集合和所述微复制棱镜的集合之间的预期对齐度的误差。17.根据权利要求15所述的方法，其中所述对齐误差提供亚微米对齐分辨率。18.根据权利要求15所述的方法，其中检测来自所述微复制透镜的光的所述角分布并且测定对齐误差的步骤包括：基于由所述微复制透镜的集合发射的来自所述第一光源的光的角分布，构造第一一维投影；基于由所述微复制透镜的集合发射的来自所述第二光源的光的角分布，构造第二一维投影；测定所述第一一维投影和所述第二一维投影的交叉点，其中，所述交叉点指示所述第一一维投影和所述第二一维投影相对于所述幅材的幅材横向重叠的角度位置。19.根据权利要求15所述的方法，用第三光源和第四光源照射第二测量区内的微复制特征的第二集合，以引导光通过所述微复制特征的第二集合并且通过所述幅材的所述第一表面上的微复制透镜的第二集合；检测所述微复制透镜的第二集合发射的来自所述第三光源的光的角分布；检测所述微复制透镜的第二集合发射的来自所述第四光源的光的角分布；基于所述微复制透镜的第二集合发射的来自所述第三光源的光的所述角分布与所述微复制透镜的第二集合发射的来自所述第四光源的光的所述角分布的比较结果，测定与所述第二测量区相关的对齐误差。20.根据权利要求19所述的方法，还包括基于与所述测量区相关的对齐误差和与所述第二测量区相关的第二对齐误差，调节过程控制参数。21.根据权利要求19所述的方法，还包括：计算与所述测量区相关的对齐误差和与所述第二测量区相关的第二对齐误差之间的相对差；以及基于计算出的所述相对差，在向所述第一微复制工位传送所述幅材时控制所述幅材的张力或应变。22.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述幅材上将印刷特征成像；照射测量区内的印刷特征的集合，以引导来自所述印刷特征的光通过微复制透镜的集合；检测由所述微复制透镜的集合发射的光的角分布；基于所述微复制透镜发射的光的所述角分布，测定所述印...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·L·霍费尔特，罗伯特·L·布罗特，丹尼尔·H·卡尔森，詹姆斯·N·多布斯，安杰伊·P·亚沃尔斯基，格伦·A·杰里，约翰·T·斯特兰德，迈克尔·J·斯克拉，卡尔·K·斯腾斯瓦德，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：
国别省市：