对具有微复制透镜阵列的幅材的精确控制的制作方法

专利名称：对具有微复制透镜阵列的幅材的精确控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及幅材制造技木。
背景技术：
所制造的幅材可以是在ー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。
幅材制造エ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參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。

发明内容
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木。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、CXD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，以提供亚微米エ艺控制的机制。如本文所述的，这些技术可以利用阵列传感器(例如，CXD相机)记录被ー个或多个光源照射时从微透镜发射的光的角分布。測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ー些优点。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，ー种制造系统包括微复制エ位，其在幅材上形成微复制透镜的图案；传送系统，其传递幅材，使幅材通过微复制エ位；感测系统，其照射幅材上的測量区并且检测从第一測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ー个过程控制參数。在另ー个实施例中，ー种方法包括用传送系统传递幅材，使幅材通过制造エ序的微复制エ位；以及用微复制エ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ー个过程控制參数。在另ー个实施例中，ー种方法包括用传送系统在制造エ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ー个过程控制參数。在又一个实施例中，ー种方法包括用传送系统传递幅材，使幅材通过制造エ序的复制エ位；以及用复制エ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ー个过程控制參数。在再一个实施例中，ー种方法包括用传送系统传递幅材，使幅材通过制造エ序的微复制エ位；以及用微复制エ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ー个过程控制參数。本发明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，本发明的其他特征、目标和优点将显而易见。


图I是示出根据本发明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測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ー个实施例。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ー个实施例。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IlA至图IlC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I是示出根据本发明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“エ具14”)，ー个跟随另ー个。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，或者可以形成其他ニ维(2D)图案，该ニ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対的微结构图案。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，相対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。在又ー个方面，微复制图案可能随着幅材位置而变成不均匀地间隔开。在另ー个方面，例如在ニ维微结构阵列的情况下，相対的微结构图案在幅材12上设置成使得相对图案中的各个特征在幅材纵向和幅材横向上都对齐。在一个示例实施例中，幅材12被制造成在ー个表面上具有对称棱镜的微复制图案而在另ー个表面上具有柱面透镜的微复制图案。通常，幅材12可以具有任何柔性或非柔性的基底，所述基底具有配合而形成多个光学特征的微复制图案。因为各个特征的性能随形成各个透镜的相对特征的对齐程度而变，所以将透镜特征精确对齐或对准可能是优选的。微复制图案可以是交付给顾客的产品的一体部分，例如在产品是光线角度控制显示膜、一体成像膜、光提取阵列和太阳能电池阵列的情况下。在其它实例中，工具14在幅材12的不用于顾客产品的那些部分上(例如，在幅材的边缘处)形成ー个或多个微复制图案，以提供控制系统20和感测系统25进行亚微米加工控制的机制。用于形成具有微复制结构的双面制品的示例技术的更多细节在美国专利7，224，529和美国专利7，417，798中有所描述，这两个专利的全部内容都以引用方式并入本文。根据本文描述的技术，感测系统25为工具14A、14B所形成特征的相对位置提供精确的在线测量。如本文所述，感测系统25可以包括阵列传感器(例如，CCD相机)，所述传感器可记录在被ー个或多个光源照射时幅材12的微透镜产生的光线的角分布。在ー个方面，控制系统20针对每个光源监测离开微透镜的光的角分布，以精确地測定透镜和幅材12上的其它微特征之间的相对位置，所述其它微特征位于透镜的焦平面中并且影响光分布。在另ー个方面，控制系统20监测离开微透镜的光的角分布，以在工具14B形成微结构集合的过程中測定透镜和工具14B之间的相对位置。在这个实例中，所述测定通常需要反射的而非透射的感测几何关系，但是其概念是类似的。进ー步參照图9B讨论这个方面。可以使用特征节距和半径为大约数十微米的微透镜阵列来实现亚微米对齐。可以由感测系统25的測量系统(图I中未示出)将传感器感测到的角信号转换成位置信号22。来自感测系统25的位置信号22被馈送给控制系统20，以为幅材12通过ー个或两个工具14的传送过程的转向和张カ控制提供实时的亚微米校正。也就是说，基于幅材的制造系统的控制系统20从感测系统24接收信号22，这些信号以亚微米精度指示工具 14A所形成的微特征相对于工具14B所形成的微特征的相对位置。控制系统20处理相对位置信号22，并且随着幅材连续通过工具14和幅材制造系统10实时地測定幅材12的某些过程控制參数。在一些示例中，感测系统25在给定时间感测相对于幅材12的不止ー个位置的位置信号22，并且根据这些数据，控制系统计算出可用于监测幅材应变和张カ的位置信号。例如，控制系统10可以处理信号22，从而得到对幅材12内幅材张カ的闭环控制，或者精确地保持幅材12的不同微复制特征的实时亚微米对齐。在各个方面，可以由感测系统25的測量系统、主计算机或远程设置的计算装置将感测到的角分布数据转换成传感器处的位置信号。如图I中所示，感测系统25可以位于工具14的下游，但是在幅材12从第一工具14A通过各个エ位传送至第二工具14B时该感测系统可用于位置控制，在第二工具14B处形成第二层微特征(即本实例中的微透镜)。因为当第二工具14B形成第二集合时，幅材12的多层微特征的相对对准和对齐被确定，所以可以实现感测系统25上游的位置和张カ控制，并因此，这种控制不受工具14B下游可能出现的任何张カ或位置变化的影响，而是受感测系统25上游会出现的任何张カ或位置变化的影响。工具14A、14B通常代表具有聚焦元件、用于在幅材上形成特征或者另外还控制幅材传送的エ序部件。エ序部件的其它实例包括导向辊或印刷工位，所述导向辊用聚焦元件感测被透射或反射光以使幅材转向，所述印刷工位用聚焦元件印刷特征集合。在另ー个方面，感测系统25可以设置在工具14B上，用于测量微透镜层和用于形成微结构的工具14B的特征的相对对准和对齐。这样可以便于更直接地实时调节过程控制參数。在一些实施例中，工具14可以位于单个エ位，而在其它实施例中，工具14可以位于分开的エ位。尽管对于工具14作了一般描述，但还可以通过各种エ艺如固化、压印、挤出、层合、模制或其它エ艺在幅材上形成微复制特征。例如，基于感测系统25提供的相对位置信号22，控制系统20输出各种致动器控制信号30，以修正幅材制造系统10的一个或多个传送元件。例如，控制系统20可以输出致动器控制信号30，用于控制传送系统的ー个或多个辊的传动电机(未示出)。作为其它实例，控制系统20可以向ー个或多个横向エ位提供致动器控制信号，这些エ位可以被设置到亚微米精度，其中致动器可以是压电元件、线性电机、音圈或用于相对于工具14调节幅材12位置的其它装置。可用于对齐具有微复制结构的双面制品的示例技术的更多细节在名称为 “Method and apparatus for controlling a moving web”(用于控制移动幅材的方法和设备)的美国专利US 7，296，717中有所描述，该专利的全部内容以引用方式并入本文。控制系统20可以(例如)控制ー个或多个传动辊的位置、速度和/或扭矩，以控制幅材张カ或应变。类似地，控制系统20可以输出致动器控制信号30，以改变辊间的跨长，从而改变幅材的应变或张力。用于控制幅材张カ的示例技术在美国专利6，985，789中有所描述，该专利的全部内容以引用方式并入本文。作为另ー个实例，控制系统20可以调节ー个或多个工具14的温度。作为另ー个实例，可以向操作者34显示由控制系统20确定的算出的过程控制參数(例如工具14的当前幅材张カ值或当前对准程度)，以使操作者能够修改基于幅材的制造系统10的操作參数。以此方式，控制系统20可以监测如信号22所代表的不同微特征的相对位置，并且基于这些信号计算出在对幅材传送系统的实时控制中用作反馈数据的过程控制參数。可以根据源自角信号的相对位置数据所提供的亚微米精度，控制与基于幅材的制 造系统10相关的其它熟知的系统參数。因此，在一些实施例中，以上系统可以被视为产生在这种系统内用于任何其它应用的幅材12中观察到的幅材參数(例如张カ或弹性模量)的值的系统。在一个示例实施例中，控制系统20是用作幅材传送控制器的通用可编程计算机执行软件。控制系统20通常包括用于执行软件指令的一个或多个可编程处理器、存储器(例如，RAM)、ー个或多个大容量存储装置(例如硬盘驱动器、快闪存储器)和用干与外部装置进行通信的各种接ロ模块。在控制系统20内执行的操作系统可以提供用于执行程序代码形式的软件指令的手段。图2示出得自幅材12的示例角转向膜产品的横截面。在这个实例中，幅材12包括微棱镜阵列，微棱镜阵列包括由工具14A涂布在基底42底面上的微棱镜(“微棱镜40”)。另外，幅材12包括微透镜阵列，微透镜阵列包括由工具14B涂布在基底42顶面上的微透镜(“微透镜44”)。附图的三个部分表明，微棱镜40A-40C的位置可能相对于幅材上代表性位置处的微透镜44A-44C的位置移位。这个移位可以是由干与所出现的过程变化相关的对齐度变化导致的，或者对齐上的偏移可能实际是所需产品结构的一部分。工具14形成这些微结构阵列元件，在底面和顶面上连续重复。这些特征可以连续在幅材纵向上延伸，使得透镜只具有关于幅材横向的屈光力，或者它们可以是在两个方向(即，幅材纵向和幅材横向这两个方向)上都具有折射作用的透镜。后者通常被称为ニ维透镜阵列。在所示实例中，微透镜阵列的每个微透镜40形成有I微米至1500微米范围内(优选地，数十至数百微米的范围内)的透镜曲率半径，并且微棱镜阵列的每个微棱镜44被形成为使得微棱镜顶端的高度标称地位于微透镜的焦点处。通常，对齐测量的分辨率将与光学特征的尺寸成比例。为了在应用为角转向膜时实现一定的视觉效果，微透镜44和微棱镜40被形成为在幅材横向上具有亚微米对准。此外，微特征(即，微透镜和微棱镜阵列)的幅材横向节距或周期性有时必须仔细控制(有时具有纳米级精度)，对于相対的特征不需要总是相同的，对于幅材上的不同位置也不需要总是相同的。将幅材基底每面上的特征之间的精确对准度保持在亚微米公差的范围内，为合格产品的产率提高创造了条件。因为幅材10可以在两个微复制エ位14之间的传送区域中转向(即，在幅材横向上略微移位)，并且假定可能存在通向每个エ位的多个不同张カ区，需要对幅材12的长度和宽度上的微透镜44和微棱镜40的对齐和节距进行微米或甚至亚微米控制。图3A - 3B示出投影在光线角度控制膜中的代表性光线。在给定固定入射角、固定棱镜顶角和固定透镜曲率半径的情况下，离开任何给定透镜的光的角分布随微棱镜40的顶端和微透镜44的光轴之间的对齐度而变。因为得自膜的角分布取决于对齐度，所以为了控制节距，可以测量角分布如何随着幅材上的位置而变化，并且将其与随位置出现的对齐度变化相关联。为了对在限定的视角范围内透过膜向观察者呈现的图像产生某些视觉影响，所需的特征对齐度可以随整个膜上的位置而变。因此举例来说，图3A所示的微特征被对齐，并且我们假设这是在膜上某个位置上所需的相对对齐。另ー方面，图3B示出相対的微特征之间的移位，并且这种移位会导致与图3A的情况下测得的角分布不同的角分布。如果这种移位在图3B所示的对齐被期望的位置处出现，则产品很可能会有不合格的性能；然而，如果 这种对齐出现在膜上的不同位置，则有可能是所需的对齐。所以，在对齐度可以随着膜上位置的变化而变化的情况下，为了測定特征是否正确对齐，必须知道被測量角分布的膜上的位置。因此，在这个实例中，为了正确理解角数据输出值，需要知道传感器在膜上的位置。以下描述测定传感器相对于膜的位置的技木。图4A是示出感测系统25的示例实施例的框图，该感测系统在制造过程中測量来自幅材12上的已知位置处的微透镜的角分布。感测系统25向控制系统20提供位置信号22，以控制微结构化特征的对齐。粗定位系统59提供被固定在生产线的静止坐标系统中的位置基准框架，并且其中，传感器63跟踪在制造过程中在这个固定坐标框架中幅材上的基准特征61可能出现的移动。感测系统25的位置在固定坐标系中也是已知的，所以传感器25的位置相对于幅材上的基准位置一直是已知的。粗定位系统59的分辨率通常应该至少足以分辨相対的结构的相对对齐中的任何周期性。更常见地，所需的空间分辨率受以下因素支配微结构化产品的预期角分布的变化率，其例如可以在O. 1-ldeg/mm的范围内；容许公差范围，在所述公差范围内某一角输出被认为应由膜产生，所述公差范围在O. I-IOmm的范围内；以及感测系统25的角分辨率，其可以为大约O. 01-0. ldeg。对于这些数的典型组合，粗定位系统59的O. Imm分辨率通常足够了，尽管根据需要不难得到具有数微米分辨率的系统。在一个实施例中，測量系统52利用透镜的光学特性，即透镜的后焦面中的光強度分布是进入透镜的波前角分布的傅立叶变换。在一个实例中，阵列传感器50 (例如，CCD相机)位于多元透镜54的焦平面中，用于记录进入透镜的光线56A、56B的角分布。在另ー个实例中，単元件传感器可以时间为变量扫描整个角度范围，以记录进入透镜的光线56A、56B的角分布。在一个实例中，透镜54是多元透镜，它被设计成从测量点尺寸大约为Imm的測量区57同时记录整个阵列传感器50上的适中角度范围(例如，±30° )。在图2的示例产品中，如果微透镜的节距在30-100微米的范围内，则Imm的点尺寸将会导致照射大致10-33个微透镜/微棱镜对。在这种情况下，所得的角分布对于在任何ー个单独特征中可能存在的异常是不敏感的，并且可能更精确地代表整体微特征的对齐度。显然，点尺寸不能选择得大到“洗棹”角输出随着位置的所有变化，但是点尺寸也无需选择得小到完全消除了随着角度的所有变化。所得的角输出在来自被照射的微结构的角分布范围内积分。点尺寸可以根据需要来调节，通过聚焦输入光束或者减小多元透镜系统54的视场。在图4A的实例中，两个不同的光源60A、60B被设置成在幅材横向上基本彼此相对，以同时分别用光束62A和62B照射幅材12的測量区57。在一个实例中，ニ维阵列传感器50同时记录关于X轴(幅材横向)和Y轴(幅材纵向)的光束56A和56B的角分布。在一个实施例中，将光源60A和60B关于所关注区域略微旋转(例如，旋转几度)以设置入射光束角度，使得可以同时记录得自光源的分布而不发生串扰。在这个实例中，利用了幅材12上的柱面微透镜44只关于Y轴折射光的实情。图4B(例如)是底视图，其示出源光束62A、62B的入射方向相对于幅材横向略微旋转，使得在阵列传感器50的感测区域上,针对光源60的阵列传感器50所记录的所得的角分布得以分开。这便于将X方向和Y方向上捕获的光束分开。在另ー个实施例中，可以只使用光束62A、62B中的单个光束来检测微复制透镜所发射光的角分布。单个光束足以检测角分布，但是添加第二个光源可以提高系统的精度和分辨率。
在另ー个实施例中，可以用波前感测系统来分析同时得自膜上多个点的角分布，前提条件是得自膜的角输出的范围落入波前传感器能测量的角度范围内。 图5是示出阵列传感器50采集的示例角分布数据的曲线图。在这个实例中，被来自光源60A的光束62A照射的微棱镜40和微透镜44产生光束56A，该光束具有与X轴成大致-6°至-18°的角分布70A。类似地，被来自光源60B的光束62B照射的同样的微棱镜40和微透镜44产生光束56B，该光束具有与X轴成大致-4°至+12°的角分布70B。尽管为了便于图解图5的角分布数据被示出为具有均匀强度，但是其它角分布数据可以具有不均匀的强度分布。在光线角度控制膜应用中，測量系统52使用图像处理算法来分析阵列传感器50所记录的角分布。基于分析，測量系统52产生位置信号22，这些位置信号指示在由聚光系统和输入光束限定的l_2mm直径的測量区57中的棱镜顶端和微透镜轴之间的对齐度。图6A是说明测量系统52分析光束56A、56B的角分布的一种方式的曲线图71。在这个实例中，測量系统52针对图5中所示的角分布70A，构造ニ维数据的ー维投影(S卩，ー维的感测数据)。类似地，測量系统52针对角分布70B，构造ニ维数据的ー维投影。接着，測量系统52基于各种因素(例如，不同感测系统25所使用的光源之间的任何光学或功率差)，将投影的数据值归一化。图6A示出具有范围从O至I的数据值的两个示例归ー化投影72、74的曲线图。接着，测量系统52分析归ー化数据，以辨别两个ー维投影72、74的交叉点75，其中，交叉点代表平分来自不同源的两个分布的角度。这个平分角具有对于幅材横向位置X的预期行为，因为棱镜与透镜的对齐度随X而变。在一个实施例中，測量系统25以位置信号22的形式向控制系统20传输这个经确认的交叉点75的角度位置。图6A的实例示出其中角投影的交叉点75位于零度的情形。如果测量区57被预期与其中预期交叉点位于零度的产品的特定位置重合(例如，图2的微透镜44A和微棱镜40A)，则图6A的实例示出被正确对准的产品。然而，在ー些产品中，微特征可以按特别方式形成，使得比如通过在幅材横向上具有不同节距比(周期性)，使微特征的间距相对于产品上的位置而变化，以致在整个产品宽度上，微特征之间的对齐度变化。在这类实例中，预期的角分布取决于膜上測量区57的幅材横向位置。在这类实例中，如以上说明的，幅材制造系统10可以利用粗粒定位系统59(图4)，以跟踪相对于产品位置的測量区57的幅材横向位置。在一个实例中，当幅材由于正常的幅材转向移动而在坐标系中如后偏移时，使用粗粒幅材跟踪传感器监测幅材12上的基准标记61的移动。控制系统20使用这个信息来测定测量区57的当前幅材横向位置。基于测定的这个位置，控制系统20可以测定光束56A、56B中每个的预期角分布，并且在ー个实例中，测定归一化的ー维投影的预期交叉点。可以检测实际角分布并且将其与预期角分布相比较。可以将实际值与预期值之差与容许公差进行比较，以确定是否采取动作(例如对过程參数的手动或自动调节)，或者控制系统20是否应该指导标记部件在幅材上标示误差标记。例如，误差标记可以是在测量区上标出或印刷的物理标记，或者可以是沿着幅材边缘印刷以记录关于对齐误差的信息(例如，位置和在微复制特征之间的对齐误差量值)的基准标记。在一些情况下，控制系统20包括数据库或其它非暂态计算机可读介质，用于记录测得的对齐度。在另ー个实施例中，测量系统52或控制系统20可以通过处理得自图5的角分布70A、70B的相关图像中的阈值斑点(thresholded blob)的位置信息，分析光束56A、56B的 角分布。在再一个实施例中，作为测量得自两个光源的投影数据的交叉点的替代方式，例如，可以分析得自单个光源的投影数据，以用曲线拟合投影数据的分布，或者将测得的图像的角強度分布与预期图案进行比较。图6B是曲线图，其示出如下实例基于正常幅材转向和感测系统25的位置，控制系统20測定对于正确对准的产品而言预期测量区57的位置所产生的角分布在5°处具有交叉点76。然而，如图6B中所示，测量系统52检测到7°的实际交叉点77。基于检测到的交叉点77与预期的交叉点76的角度偏差81，控制系统20计算出位置调节量，并且执行细粒定位调节，例如使用关于产品的预配(preconf igured)节距信息来调节产品一面上的特征相对于相对面上特征的位置。这个位置调节可以(例如)以大约微米或甚至亚微米来进行。或者，控制系统20向操作者输出推荐定位调节量，以供其进行手动调节。以此方式，即使粗粒定位系统59通常不能提供大约微米或亚微米距离的对齐，控制系统也可使用初始的幅材横向位置信息来測定幅材的微特征的预期角分布。通过在该エ序启动时记录测量点57相对于基准标记61的相对位置，測量系统52可以测定幅材12的瞬时位置的预期角分布。这样允许通过将实际检测到的角分布与预期的角分布进行比较，基于对光的角分布的分析，測定与測量区相关的对齐误差。实际的角分布和预期的角分布的比较结果可用于测定对齐误差，并且基于大约微米以及在一些精确应用中大约亚微米的对齐误差，执行附加的细粒调节。例如，基于通过检测到的光的预期角分布和光的实际角分布之间的差而确定的对齐误差，可以精确地调节在工具14B涂覆第二微复制特征之前幅材12和第二工具14B的相对定位。通常，基于对齐误差，可以实时进行调节，以控制微复制结构的横向对准、微复制结构的幅材纵向对准中的任ー个或全部并且调节微复制结构的相对节距。图7是示意图，其示出示例基准标记的一个实施例，该基准标记可以印刷或者以其他方式形成于幅材12上。在一个实例中，基准标记在整个幅材12的纵向上以规则的间隔布置，优选地位于幅材的可出售区域之外，以准确定位且唯一地识别幅材的物理位置。在如图7中所示的基准标记的实施例中，基准标记具有ー个或多个定位标记82、84和条形码80。定位标记82、84使基准标记阅读器63和粗定位系统59能够在幅材横向方向和幅材纵向这两个方向上将条形码80准确定位。条形码80表示以机器可读格式提供的信息。条形码80可以例如为各基准标记编码唯一的标识符。条形码80可以编码其他信息，例如施加标记时基于所用坐标系的位置信息、标记所施加的幅材的标识符、制造幅材所用或准备使用的生产线名称、定义幅材经过生产线和/或制造厂途径路径的路径信息、识别所施加材料以及施加顺序和幅材区域的信息、加工过程中测得的环境条件、幅材下游加工指令和其他信息宿主。在一个实施例中，条形码80可以遵循交叉25码符号表示标准。在一个实施例中，条形码80可以代表范围从O至999，999的单纯整数(simple integer)。在一个实施例中，设置在幅材上的每个基准标记是比之前的基准标记大的标记。在一个实施例中，可以使用喷墨打印机将基准标记打印在幅材上。将基准 标记设置在幅材上的过程在Floeder等人的名称为“Multi-unit process spatialsynchronization of image inspection systems”(图像检查系统的多单兀处理空间同步) 的美国专利No. 7，542821中有更详细的描述，该专利的全文以引用方式并入本文。其他实施例可以多种其他方式表示基准标记。例如，可以使用ー维条形码、ニ维条形码、光学字符识别(OCR)或磁性编码来表示数据。此外，其他实施例可能使用喷墨打印、激光打印或在幅材上固定机械标签的方式将基准标记施加到幅材上。还可以使用其他表示基准标记的方式以及其他应用方法。再參照图4A，粗粒定位系统59可以利用基准标记来计算和输出粗粒电子位置数据65，从而得到制造系统10的坐标系内的具有大约毫米精度(或在一些实施例中，大约数十微米精度)的位置数据。測量系统52利用这个初始位置数据65计算当前被光源60A、60B照射的幅材12的微特征的预期角分布。基于预期角分布，測量系统52产生位置信号22，这些位置信号指示在由聚光系统和输入光束限定的l_2mm直径的測量区57中的棱镜顶端和微透镜轴之间的对齐度。位置信号22可以(例如)在闭环控制中采用误差信号的形式，其中，误差信号传达单位为土微米(例如，在五微米内、在一微米内或甚至具有亚微米精度)的任何对齐误差。在其中微特征对齐的偏离程度不随着幅材横向位置而变的应用中，可能不必使用粗粒定位系统59。測量系统52的对齐精度取决于微特征的尺寸节距、微透镜的半径和用于记录角谱的阵列传感器50的角分辨率。測量系统52通过利用幅材12上形成微结构的重复性来实现高精确度水平，因为光分布对于被照射的并且位于透镜54所聚集的測量体积内的所有结构求平均。这样，由測量系统52分析出的角分布对于任何给定微透镜44中的小异常或者对于任何ー个微特征可能在幅材12的焦平面侧存在的局部缺陷不太敏感。实验表明，有能力使用具有1024X 1360个像素的阵列相机和傅立叶透镜装置，对于具有标称50-70 μ m节距和30-55 μ m曲率半径的柱面微透镜阵列测量0. I μ m内的结构的对齐度，所述傅立叶透镜装置提供标称的0.03° /像素(即，在1360像素方向上大约±20度的角范围)。图8示出幅材制造系统100的另ー个实施例，其中，控制系统120利用位置信号122A和122B既执行张力/应变控制又执行幅材位置控制。基于幅材的制造系统100与图I的幅材制造系统10的基本类似，其类似之处在于可使用多个微复制工具或エ位(未示出)制备幅材112，使幅材具有在幅材纵向上连续延伸的微结构。作为示例，图8中的幅材112被示为沿方向Y移动并且具有幅材横向方向X。在这个实例中，制造系统100包括两个感测系统125AU25B，这两个感测系统为エ具形成的亚微米特征的相对位置或亚微米特征和用于形成附加的亚微米特征的工具的相对位置提供精确的实时测量。每个感测系统125AU25B可以与上述的感测系统25基本类似。在这种情况下，感测系统125提供信号122，这些信号指示或源自从对应的测量区127A、127B接收的光的角分布。如以上所讨论的，感测エ位125可以设置在工具的下游或者设置在工具之ー处，但是当幅材112被送进到针对微特征(例如，微棱镜40)的第二层的第二エ具中时，该感测エ位可用于对幅材进行位置和张カ控制。可以实现上游位置的位置和张カ控制，例如在多个层的微特征的相对对准一旦由第二工具形成就被固定并且因此不受在第ニ工具之后但在感测系统125之前可能出现的张力或位置变化影响之吋。在一个实例中，幅材112可以制造成载有多个产品通道，例如产品通道129A和产 品通道129B。幅材112可以被制造成使得每个产品通道129以与图2所示结构一致的方式形成。例如，每个产品通道129可以在幅材112的顶面上具有微透镜而在其底面上具有微棱镜。此外，如图2中所示，每个产品通道129可以被形成为使得每个产品中部的微特征如所预期地精确对齐，如图2的微透镜44A和微棱镜40A所示的。在另ー个实例中，可以针对单个产品通道制造幅材112，在产品的不同位置具有两个感测系统125AU25B。位置信号122A、122B被从感测系统25馈送到控制系统120，该控制系统例如在其中通过微复制工具传送幅材的制造过程中的上游点对幅材112内的张カ实现实时控制。在图8的实例中，感测系统125A、125B相对于基准标记定位，使得测量区127A、127B对应于产品通道129AU29B上的位置，其中来自两对成对光源(例如，图3的光源60A、60B)的光的角分布都交叉于零度。然而，在ー些方面，即使当使用基准标记来应对幅材转向(即幅材112的幅材横向位置上的变动)时，仍可以检测出从感测系统125A和/或感测系统125B的每个光源接收的光的角分布相对于预期交叉点的移位，例如，所述移位是由于不正确的张力、由于微复制特征和用于形成第二微复制特征的工具的特征之间的不正确对准导致的。如以上所讨论的，可以检测出每个测量区127AU27B中的角分布的这个绝对变化。基于光的预期角分布和光的测得角分布之间的差，可以精确地调节在工具14B涂覆第二微复制特征之前的幅材112和工具14的相对定位。因为存在两个传感器，所以可以调节两个独立參数幅材纵向张カ控制幅材横向应变，进而控制测得角分布之间的差，并且相対的微结构的相对位置(即，对齐度)控制两个测量值的平均值(或和)。还可以使用得自两个传感器的感测数据的其它独立组合，例如得自单个传感器的角输出和两者之差。在任一种情况下，无论感测系统相对于ー个或多个产品通道的布置任何，只要对于感测系统的测量区而言光的预期角分布是已知的，就将能够基于检测到的实际角分布检测出幅材相对于工具14A或14B是否出现横向或纵向位置移动，前提条件是传感器125A和125B的位置是已知的。此外，在涂覆第二微特征之前幅材112中的不正确张カ还会造成微特征未对准，转而又导致检测到的来自每个感测系统125处的两个光源的光的交叉点发生变化。然而，张カ变化证实了每个测量区127处的微特征的相对对齐的不同变化，并且可以使用这个相对变化将由张力引发的对齐误差与由微特征未对准造成的对齐误差区分开。
例如，影响幅材纵向方向Y上应カ的张カ变化造成幅材12的幅材横向尺寸X发生变化。在一面上具有固化棱镜微结构的3密耳PET膜的幅材横向应变系数的典型量级为I X l(T5mm/mm/lbf。因此,作用于250mm的这种幅材上的O. Ilbf的张カ变化将会造成O. 25 μ m的幅材横向尺寸变化(即，对应于张カ变化增大的幅材拉伸)。在由第二涂布エ位进行处理之前涂布有棱镜的幅材112的这种幅材横向变形将会造成測量区127AU27B处的微棱镜40和微透镜44 (图2)之间的相对对齐与预期对齐发生偏离。例如，当所涂覆的微透镜44在产品通道125A的偏离中心的位置与微棱镜40对齐时，幅材横向尺寸的O. 25 μ m的变形会使感测系统125A所记录的角分布的交叉点产生偏差。类似地，由于张カ变化导致的幅材横向尺寸的O. 25 μ m变形将会使感测系统125B所记录的角分布的交叉点偏至产品通道125B的偏离中心的位置。感测系统125A和125B所记录的角分布之间的差异可提供如何调节张力的信息，不依赖于拉紧所集中的位置。控制系统120计算出得自感测系统125的角分布之间的差异，并且用传感器之间的距离和測量区127AU27B处的幅材120的预期角度性能加以配置，然后输出致动器控制信号130以修正幅材制造系统100的一个或多个运输元件，直到測量角度之差跟与特征设 计相关的预期角度差相匹配。作为另ー个实例，控制系统120可以向操作者显示计算出的过程控制參数(例如，当前的幅材张カ值)，以便让操作者修改基于幅材的制造系统100的操作參数。作为其它实例，控制系统120可以向操作者显示检测到的角分布或者可以显示角分布之差。在一个实例中，控制系统120对数据在时间上求平均，以去除由于任何辊的振摆造成的周期性波动，这使得控制系统120能够将张カ设至増大的分辨率，例如O. Ilbf。就50μπι的透镜节距而言，可以控制节距的亚纳米变化。例如，通过张カ控制可解决250. OOlmm的产品上的透镜特征的I μπι幅材横向尺寸变化。这另外会引入50. 0002 μ m的増大的棱镜节距。因此，在这个实例中，这些技术实现了节距的2埃精度，前提是假设整个产品宽度上具有恒定的节距。还可以使用自适应技术和前馈技术来去除任何幅材传送过程中固有的可循环重复的误差成分。以上引用的精度数据对应于记录光线角分布的感测系统125的透镜(例如，以上參照图4A描述的透镜54)的焦平面中的特征。如果微特征没有位于透镜的焦平面内，则这个精度可能降低，例如，微特征没有位于透镜的焦平面内可能是制造幅材112时由于厚度变化大造成的。然而，如果幅材112的当前厚度被测量并且离开相対的特征(例如棱镜顶端)的光的角分布已知或者可以算出，则这类变化可得到校正。然而，在许多情况下，不需要对大约几微米的总厚度变化进行这种校正，因为对于大约170 μ m的示例总厚度而言，这类变化可以忽略不计。在以上的实例中，相对于幅材产品描述这些技术，所述幅材产品在幅材的一面上包含柱面(即ー维聚焦)透镜而在另一面上包含棱镜微结构。可以使用对齐结构上的相对位置作为反馈来控制制造过程，或者作为用于对样品进行质量控制测试的质量度量。尽管作为示例描述了使用两个感测系统提供对齐反馈和张カ控制的实施例，但这些技术可以推广到表征任何小透镜阵列或其它光学元件(具有一维或ニ维聚焦能力)相对于位于光学元件的焦平面内的任何光活性结构(light-active structures)阵列的对齐。在一些实施例中，可以在包含单个或多个图案的幅材应用中使用扫描或可重新定位的传感器位置。
图9A示出另ー个实施例，其中，本文描述的这些技术应用于虚拟或积分成像应用。幅材150可以被制造成包括印刷/转印特征152，这些特征位于柱面微透镜阵列156的焦平面内。在这类应用中，印刷/转印特征152通常对齐透镜156的节距，以形成某些视觉效果和显示。可以应用本文描述的这些技术控制印刷/转移特征152与微透镜156的图案的对准度。这种技术可以扩展到ニ维微透镜阵列，例如球形或非球形微透镜阵列。在其中印刷/转印特征152的图案设置在微透镜阵列的对侧的应用中，可以使用本文描述的控制技术来测定每个印刷特征和对应的一个或多个小透镜之间的对准度。这可用于(例如)更精确地制作产生具有某些特性的合成图像的产品。采用本文描述的这些技术，可以使用高分辨率印刷工艺将特征印刷在透镜膜的背面上，并且接着可以使用通过(由)印刷特征152透射(或吸收)的光的角分布来測定特征相对于幅材的微透镜的对准度。例如，与以上描述类似地，印刷特征和微透镜之间的对齐中的任何幅材横向偏差可造成射出透镜的光的角分布。如本文所述，可以使用印刷特征152和微透镜156的对准中出现的任何位置误差来控制幅材在其被传送通过印刷工位时的位置和/或张力。或者，通过这种技术测定的位置信息可以作为替代或补充用来在保持与透镜156对准时精细地控制成像设备(例如，激光器)。用于形成具有与微复制透镜图案对准的印 刷材料的微透镜片材的示例技术的更多细节在名称为“Sheeting with composite imagethat floats”(具有悬浮的合成图像的片材)的美国专利7，336，422和名称为“Microlenssheeting with floating image using a shape memory material”(使用形状I己忆材料的具有悬浮图像的微透镜片材)的美国专利7，586，685，这些专利的全部内容均以引用方式并入本文。图9B示出另ー个实施例，其中，应用本文描述的技术来测定幅材上的微复制特征和接触透镜焦平面内的幅材的工具或精密惰辊之间的相对对准。幅材160可以包括在特定时刻与用于在幅材160相对侧形成微棱镜的工具对齐的柱面微透镜阵列166，使得工具168的特征162 (例如，用于复制微棱镜的低谷)标称地位于透镜的焦平面上。在进行此对齐吋，可以检测通过微透镜反射的光线的角分布并将其与预期角分布相比较。如上所述，这个实例基于反射的而非透射的几何关系。以此方式，可以测定对齐误差并将其用于立即改变幅材160和工具168的相对位置，以调节微透镜和工具168的特征之间的对齐度。尽管这个实例在假设幅材结构是柱面透镜阵列166并且工具结构是微棱镜的情况下描述了ー维版本，但是这可以容易地推广到ニ维微透镜阵列和工具168上的其它光学活性结构的情况，使得幅材横向和幅材纵向对齐均能被辨别并被影响(如果必要的话)。图10是框图，其示出基于幅材的制造系统200的一部分的俯视图，其中，幅材202在工具206A和206B之间通过。工具206A和206B可以是(例如)图案化的辊。比如，可以通过印刷、层合、压印、挤出、固化或其它エ艺将图案或特征从工具转移到幅材。在图10的实例中，通过工具206A的对应特征204A、204B，在幅材202上形成线210A、210B(“线210”)的图案或特征。类似地，通过工具206B的对应特征208A、208B，在幅材202上形成线212A-212B(“线212”)的图案或特征。在一个实例中，线210、212各自为约70-100微米宽。线210、212可以充当用作如上所述的粗粒控制的基准标记。在一个实例中，幅材202退出工具206A，使两条线210间隔已知差距。在工具206B上重复线212的涂覆，不同的是两条线212的间距比工具206A上的靠近约500微米。在幅材202退出工具206B之后，一个或多个传感器測量每组线之间的距离。可以分析这些线之间的距离并且将其与预期距离进行比较。在一些情况下，可以使用正弦曲线标记。图11A-11C是框图，其示出系统200在幅材202上涂覆线210、212之后的三个测量結果。图IlA示出其中线210、212完美地横向对准并具有完全一致的间距的实例。每个线对210,212预期间隔250微米。如图IlA中所示，线210A和212A相隔250微米，线210B和212B也是如此。图IlB示出其中线210、212具有完全一致的间距但横向未对齐的实例。如图IlA中所示，线210A和212A相隔253微米，线210B和212B相隔247微米。控制系统将这解释为表明第二工具206B上的幅材202已向右位移三微米。控制系统使用这个信息以通过调节过程控制參数来校正位移。图IlC示出其中线210、212完美对准但是间距匹配不完美的实例。线210A、212A之间的距离和线210B、212B之间的距离为相等的253微米的距离，所以第二工具206B上 的幅材202相对于工具206A涂覆的第一图案保持居中。然而，幅材202的张カ和应变太高，这造成幅材202“缩幅”，从而线210A、212A之间的距离和线210B、212B之间的距离相比250微米的预期距离有所减小；此时，得自第一工具和第二工具的线之间的间隙太大，这表明间距匹配不合适。控制系统使用这个信息改变张力或应变，以使两个线间距都回到预期的250微米。例如，可以通过相对于第一工具206A调节第二工具206B的速度来实现张力变化。可以基于对基准线之间距离的測定，同时调节幅材的幅材横向位置、幅材的幅材纵向位置和施加到幅材的张力/应变。这种技术可显著提高幅材应变的分辨率。例如，该技术可以让传感器分辨率达到十分之几微米(例如，O. I微米)，并且具有7mm的视场。传感器因此可以分辨
O.l/7000=14ppm的应变。然而，使用相隔约350mm的两个传感器可以分辨O. 1/350=0. 3ppm,从而显著增大应变分辨率，并且提供横向和幅材纵向对齐的反馈。线210、212可以形成在幅材202的同一侧，或者可以形成在幅材202的相对两侧。幅材202的边缘可以也被用来引导幅材，可以单独地利用边缘或者将其与基准线技术结合使用，还提供粗信号，粗信号可以用作上述某些细信号技术的基础。在一些应用中，可以用彩色相机和白光源来同时分析多色特征的位置。使用ニ维作用的透镜能够对特征在幅材纵向和幅材横向这两个方向上的对齐情况作出反馈。这还可以实现两个图案(例如在层合柱面透镜产品中)之间的定向对齐的高分辨率。还有可能将反射性特征与小透镜阵列对齐，例如与柔性太阳能电池阵列应用、CCD和CMOS小透镜阵列应用和LED阵列的光提取膜中使用的小透镜阵列对齐。从反射元件返回并接着透射穿过透镜的反射光的角度只取决于反射元件的位置，只要反射性特征在透镜的焦平面内即可。这可能可用于(例如)将柔性太阳能电池阵列中的感光体元件与以上的小透镜对齐，以针对阳光角度的特定范围将其优化。尽管作为示例就微复制透镜进行了描述，但是也可以用其它微复制光学特征来测定光的角分布。例如，可以使用在菲涅尔透镜上形成小面的棱镜。在一些实例中，用于测定幅材相对两侧的特征之间的对准度的特征不需要在幅材纵向上是连续的，而是可以周期性而非连续性地施加和取样。反射性布置也可以用于精确幅材转向和张カ控制应用。如果将微透镜(一维或ニ维作用透镜)的基准集合设置在幅材的任ー侧，则这些特征可以相对于工具或精确惰辊上的反射性特征转向，所述工具或精确惰辊在透镜的焦平面内(例如，在以上的图9B中)接触幅材。可以针对具有给定幅材厚度的产品，预先确定透镜的半径。或者，所述工具可以具有基本像凹面镜那样作用的特征，并且所述基准标记可以是上述的任何图案特征。在整个幅材宽度上使用两个传感器使得能够进行精确的幅材横向尺寸控制，如上所述。这可以不仅提供关于幅材横向尺寸变化和张カ控制的反馈，而且提供关于精确幅材拉紧施加的反馈。可以使用类似原理监测在固化发生时涂覆膜或模制特征的收縮。并且，如果使用ニ维特征，则还可以测量幅材纵向对准。在另ー个实施例中，測量小透镜阵列和发光器阵列之间的相对对齐，例如可以在LED阵列或光纤阵列中所见的发光器阵列。在这种情况下，发光器可以设置在透镜阵列的焦平面上，并且将通过得自透镜的角输出測定光源相对于透镜的相对位置。通常，经图案化的光束可以被导出到膜平面，并且接着可以测量膜相对于光束(一束或多束)的图案的位置。对膜的幅材横向和/或幅材纵向尺寸的精确测量可用于各种图案施加中。实例包括对下列产品的在线尺寸验证平版印刷膜；将配合微孔阵列的生物传感器的透镜阵列；施加于多种配置的光电电路和/或数据存储器中的配件；以及具有多重构造的显示器和转 向膜。基准透镜阵列结构可以并入膜设计中，或者在可用产品区域之外作为功能产品构造本身的一部分或者在产品内的已知位置，然后可以用这些特征的相对位置来确认幅材加工过程中的对齐度和/或尺寸精度。在一个实施例中，幅材上的微复制特征的相对对齐可以被记录在数据库内并且在将幅材转换成产品期间使用。例如，可以检测并记录一个或多个幅材横向位置处的对齐度，并且当幅材被传送通过本文描述的检测系统时,可以针对整个幅材产生关于幅材横向对齐信息的数据库。随后，该对齐信息可用来控制将幅材转换成产品的过程。也就是说，转换系统可以利用幅材横向对齐数据，通过将转换加工设备或幅材或将这两者在幅材横向上移动，自动将转换加工设备在幅材横向上定位，使得从幅材的其中幅材的微复制特征的对齐度在公差范围内的那些区域中切出产品。转换系统以此方式在幅材被送入而通过转换系统并且被切成单个产品时可以跟踪幅材横向方向上的对齐区域，从而有可能提高产率。已经描述了本发明的各种实施例。这些以及其它实施例都在以下权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种制造幅材的方法，所述方法包括 用传送系统传递幅材通过制造工序的微复制工位； 用所述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。
2.根据权利要求I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I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I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 T 己 O
10.根据权利要求I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10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I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，测定所述印刷特征和所述微复制透镜之间的对齐误差；以及 基于所测定的对齐误差，控制所述幅材的后续成像。
23.根据权利要求I所述的方法，其中在所述幅材上形成所述微复制透镜的图案的步骤包括在所述幅材的第一表面上形成所述微复制透镜的图案，所述方法还包括 基于所述微复制透镜发射的光的所述角分布，将所述对齐误差测定为所述微复制透镜和用于在所述幅材的第二面上形成微复制特征的图案的微复制工具的特征之间的对齐误差，所述第二面与第一面相背；以及 基于所测定的对齐误差，控制所述幅材与所述微复制工具的相对位置。
24.根据权利要求I所述的方法，其中所述对齐误差提供亚微米对齐分辨率。
25.根据权利要求I所述的方法，还包括 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。
26.根据权利要求I所述的方法，其中将所述转换加工设备自动定位的步骤包括将所述转换加工设备或所述幅材在幅材横向上移动，以从所述幅材的其中所述幅材的所述微复制特征的对齐度在所述公差范围内的那些区域中切出产品。
27.一种制造系统，所述制造系统包括 微复制工位，在幅材上形成微复制透镜的图案； 传送系统，传送所述幅材通过所述微复制工位； 感测系统，照射所述幅材上的测量区并，且检测从所述测量区内的所述微复制透镜的集合射出的光的角分布；以及 控制系统，基于检测到的角分布测定所述幅材的对齐误差。
28.根据权利要求27所述的制造系统，其中所述控制系统基于检测到的角分布调节所述传送系统的至少一个过程控制参数。
29.根据权利要求28所述的制造系统，其中调节至少一个过程控制参数包括在向所述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。
30.根据权利要求28所述的制造系统，其中调节至少一个过程控制参数包括在向所述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。
31.根据权利要求28所述的制造系统，其中调节至少一个过程控制参数包括在向所述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。
32.根据权利要求28所述的制造系统，其中调节至少一个过程控制参数包括在向所述微复制工位传送所述幅材时调节所述幅材的张力。
33.根据权利要求28所述的制造系统，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。
34.根据权利要求27所述的制造系统，还包括用于存储所述对齐误差的数据库。
35.根据权利要求27所述的制造系统，还包括当所述对齐误差超过预定公差时用于在所述幅材上标示误差的标记部件。
36.根据权利要求27所述的制造系统，还包括 第二微复制工位，在所述幅材上形成微复制特征的图案， 其中所述微复制透镜形成在所述幅材的第一表面上， 其中所述微复制特征形成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，以及 其中所述微复制特征被形成为按照第二周期在所述幅材的所述背向表面上在幅材横向上重复。
37.根据权利要求27所述的制造系统，其中所述感测系统包括 一组光源，照射所述背向表面上的所述测量区内的所述微复制特征的集合，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 传感器，用于记录所述微复制透镜的集合发射的光的所述角分布。
38.根据权利要求27所述的制造系统，其中所述微复制特征的图案包括微复制棱镜的图案。
39.根据权利要求38所述的制造系统， 其中所述一组光源包括第一光源和第二光源， 其中，阵列传感器记录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和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， 其中所述感测系统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所述对齐误差，以及 其中所述对齐误差代表所述测量区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对齐误差。
40.根据权利要求39所述的制造系统，还包括在幅材横向上与所述第一感测系统隔开设置的第二感测系统，其中所述第二感测系统照射所述幅材上的第二测量区，并且检测从所述第二测量区内的所述微复制透镜的集合射出的光的角分布。
41.根据权利要求39所述的制造系统，其中所述控制系统基于与所述第一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。
42.根据权利要求39所述的制造系统，其中所述控制系统计算与所述第一测量区相关的对齐误差和与所述第二测量区相关的对齐误差之间的相对差，并且基于计算出的所述相对差调节所述过程控制参数，以控制所述幅材的张力或应变中的至少一者。
43.根据权利要求27所述的制造系统，还包括能量源，在所述幅材上将印刷特征成像； 其中所述感测系统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，并且检测由所述微复制透镜的集合发射的光的角分布， 其中所述感测系统基于所述微复制透镜发射的光的所述角分布，测定所述印刷特征和所述微复制透镜之间的对齐误差。
44.根据权利要求42所述的制造系统，其中所述控制系统基于所测定的对齐误差控制所述幅材的后续成像。
45.根据权利要求27所述的制造系统，其中第一工位和第二工位包括在单个工位应用的第一和第二图案形成工具。
46.根据权利要求27所述的制造系统，还包括用于将所述幅材转换成产品的转换加工设备， 其中所述控制系统基于所测定的对齐度，将所述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 其中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所述规定的公差范围内的那些区域，将所述幅材转换成产品。
47.根据权利要求46所述的制造系统，其中所述转换加工设备响应于来自所述控制系统的信号在幅材横向上移动，以从所述幅材的其中所述幅材的所述微复制特征的对齐度在所述公差范围内的那些区域中切出产品。
48.根据权利要求46所述的制造系统，其中所述控制系统使所述幅材在幅材横向上相对于所述转换加工设备移动，以从所述幅材的其中所述幅材的所述微复制特征的对齐度在所述公差范围内的那些区域中切出产品。
49.一种制造幅材的方法，所述方法包括 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； 用所述第一图案形成工具，在所述幅材上形成第一图案； 用所述第二图案形成工具，在所述幅材上形成第二图案； 在形成所述第一图案和所述第二图案之后，检测所述第一图案的特征和所述第二图案的特征之间的相对距离；以及 基于所述第一图案的特征和所述第二图案的特征之间的相对距离，检测所述幅材在所述传送系统内的对齐度。
50.根据权利要求49所述的方法，还包括 将所检测的相对距离与预期的相对距离进行比较；以及 当所检测的相对距离和所述预期的相对距离之间的差值超过预定公差时，在所述幅材上标示误差标记。
51.根据权利要求49所述的方法，其中所述第一图案包括具有隔开第一距离的两条线的基准标记，并且其中所述第二图案包括具有隔开第二距离的两条线的基准标记。
52.根据权利要求49所述的方法，还包括基于检测到的相对距离调节所述幅材传送系统的至少一个过程控制参数。
53.根据权利要求52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第一图案形成工位和第二图案形成工位中的一者传送所述幅材时调节所述幅材的幅材横向位置。
54.根据权利要求52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图案形成工位和所述第二图案形成工位中的一者传送所述幅材时调节所述幅材的幅材纵向位置。
55.根据权利要求52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图案形成工位和所述第二图案形成工位中的一者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。
56.根据权利要求52所述的方法，其中调节至少一个过程控制参数的步骤包括同时地进行如下调节(i)在向所述第一图案形成工位和所述第二图案形成工位中的一者传送所述幅材时调节所述幅材的幅材横向位置，( )在向所述第一图案形成工位和所述第二图案形成工位中的一者传送所述幅材时调节所述幅材的幅材纵向位置，和(iii)在向所述第一图案形成工位和所述第二图案形成工位中的一者传送所述幅材时调节所述幅材的张力。
57.—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复制工位； 用所述复制工位在所述幅材上形成复制透镜的图案；以及 在形成所述复制透镜的图案之后，检测来自所述幅材的所述复制透镜的光的角分布；以及 基于检测到的角分布调节所述幅材传送系统的至少一个过程控制参数。
58.—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微复制工位； 用所述微复制工位，在所述幅材的第一表面上形成微复制光学特征；以及 在形成所述微复制光学特征之后，检测来自所述幅材的所述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所述幅材传送系统的至少一个过程控制参数。
59.根据权利要求58所述的方法，还包括 用第二微复制工位在所述幅材的第二表面上形成微复制特征，所述第二表面是所述幅材的与所述微复制透镜的图案相背的背向表面； 基于检测到的角分布，判定所述幅材的所述第一表面上的所述微复制光学特征是否与所述第二表面上的所述微复制特征处于预期的对准状态。
60.根据权利要求58所述的方法，还包括 用第二微复制工位在所述幅材的第二表面上形成微复制特征，所述第二表面是所述幅材的与所述微复制透镜的图案相背的背向表面； 基于检测到的角分布，判定所述幅材的所述第一表面上的所述微复制光学特征是否与用于在所述第二表面上形成所述微复制特征的所述第二微复制工位的特征处于预期的对准状态。
61.—种制造幅材的方法，所述方法包括 用传送系统将所述幅材传输至制造工序的工序部件，其中所述幅材包括形成在所述幅材的第一表面上的光学特征；当所述幅材的所述第一表面上的所述光学特征与所述工序部件的聚焦元件对齐使得所述光学特征位于所述工序部件的所述聚焦元件的焦平面内时，检测来自所述幅材的所述光学特征的光的角分布； 基于检测到的角分布，判定所述幅材的所述第一表面上的所述光学特征是否与所述工序部件的所述聚焦元件处于预期的对齐状态；以及 基于所述判定，调节所述幅材传送系统的至少一个过程控制参数。
62.根据权利要求61所述的方法，还包括用所述工序部件在所述幅材上形成特征的第-口 O
63.根据权利要求61所述的方法，其中所述工序部件的所述聚焦元件是凹面镜。
64.根据权利要求61所述的方法，其中所述工序部件包括微复制工位、导向辊、精确张力控制元件或印刷工位，所述微复制工位用于用所述聚焦元件在所述幅材上形成特征的第二集合，所述导向辊具有所述聚焦元件，用于对所述幅材进行导向，所述精确张力控制元件用于调节所述幅材的张力，所述印刷工位用所述聚焦元件印刷所述特征的第二集合。
全文摘要
本发明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。
文档编号B29C59/04GK102821868SQ201180017154
公开日2012年12月12日 申请日期2011年3月30日 优先权日2010年4月1日
发明者大卫·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 申请人:3M创新有限公司