專利名稱：用于指示幅材位置的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于指示柔性、細長幅材的位置的方法和系統(tǒng)。
背景技術：
包括柔性電子或光學元件在內的許多物品的制造，涉及沉積或形戒在細長基底或幅材上的材料層之間的對齊。材料層在幅材上的形成可以在一個連續(xù)工藝或步驟中進行并且重復著含有多個步驟的過程。例如，通過多個沉積步驟，可以將材料的圖案以層的形式沉積在細長幅材上從而形成分層電子或光學器件。 一些分層制品需要部件的精密對齊，這些部件施加到幅材的一側或兩側之上。
為了實現層之間的對齊，必須在幅材穿過多個制造步驟移動時，保持橫向橫維的定位和縱向順維的定位。當幅材是柔性的或可拉伸的時，保持形成在幅材上的層之間的對齊變得更加復雜。

發(fā)明內容
本發(fā)明的實施例涉及用于指示柔性、細長幅材的位置的方法和系統(tǒng)。 一個實施例涉及用于指示幅材位置的方法。移動、柔性幅材包括設置在幅材上的多個分散刻度部件。使用這些刻度部件調節(jié)諸如磁場、電場或電磁場的能量場。所調節(jié)的能量轉換成信號，其提供對幅材位移的連續(xù)測量。例如，該信號可用于提供對幅材的一個或多個平移和/或旋轉自由度的連續(xù)測量，包括幅材的連續(xù)縱向位移、連續(xù)橫向位移和/或角旋轉。該信號可用于確定幅材位置從而控制幅材移動，和/或測量幅材或周圍環(huán)境的其他參數，例如溫度、幅材的彈性模量和/或幅材應變。
根據本發(fā)明的一些方面，刻度部件可以包括光學刻度部件，用于調節(jié)導向幅材的光。幅材可以是或者可以不是透明的。對于透明幅材，一種實施方式涉及檢測透過透明幅材的光。基于透過的光指示幅材位移?；蛘?，可以基于反射光指示幅材位移。除了由光學刻度部件提供的調節(jié)之外，可使用一個或多個掃描標線片提供對光的調節(jié)。
本發(fā)明的另一實施例涉及用于指示幅材位置的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括細長、柔性幅材，其具有設置在幅材上的一體化刻度。該刻度包括被構造用于調節(jié)導向幅材的能量的刻度部件。輸送裝置被構造用于提供幅材與傳感器之間的相對移動。該傳感器檢測由刻度部件調節(jié)的能量并且基于所調節(jié)的能量產生信號，該信號指示連續(xù)幅材位移。該系統(tǒng)還可以包括處理器，其基于傳感器產生的信號確定幅材的位移和/或幅材位置。該系統(tǒng)還可以包括幅材運動控制器，其基于所指示的位置控制幅材的移動。
在某些實施例中，該刻度部件包括被構造用于調節(jié)導向幅材的光的光學部件?？梢园粋€或多個掃描標線片，其進一步調節(jié)光。
在透射模式下操作時，該刻度通過允許導向透明幅材的光的一部分透過幅材來調節(jié)光。傳感器檢測透過的光并且基于透過的光產生指示幅材位移的信號。在反射模式下操作時，該刻度通過將光的一部分反射向傳感器來調節(jié)光。傳感器檢測反射光并且基于反射光產生指示幅材位移的信號。本發(fā)明的另一實施例涉及一種裝置，其包括具有一體化刻度的柔性、細長幅材。該刻度包括設置在幅材上的刻度部件的圖案，其被構造用于調節(jié)導向幅材的能量。該刻度部件可以是被構造用于經由全內反射反射光的光學棱鏡。所調節(jié)的能量提供對幅材的縱向和/或橫向位移和/或幅材的角旋轉的連續(xù)指示。在某些實施例中，所調節(jié)的能量可以用于控制幅材移動和/或測量幅材或周圍環(huán)境的其他參數，例如溫度、幅材的彈性模量和/或幅材應變。
除了設置在幅材上的刻度部件之外，幅材還可以包括幅材部件的
圖案。例如，柔性幅材的彎曲半徑可以小于約100mm，小于約50mm，小于約25mm或甚至小于約5mm。
本發(fā)明的上述發(fā)明內容無意于描述本發(fā)明的每個實施例或每項實施方式。通過結合附圖參照以下詳細描述和權利要求，將顯而易見地了解本發(fā)明的優(yōu)點和成效，并更全面地理解本發(fā)明。


圖1是流程圖，示出了根據本發(fā)明的實施例，用于確定幅材位移和用于幅材的對齊的方法；
圖2A示出了根據本發(fā)明的實施例，在反射模式下操作的用于指示幅材位移的系統(tǒng)；
圖2B示出了根據本發(fā)明的實施例，在透射模式下操作的用于指示幅材位移的系統(tǒng)；
圖2C示出了根據本發(fā)明的實施例，在反射模式下操作的用于控制幅材移動的系統(tǒng)；
圖2D示出了根據本發(fā)明的實施例，在透射模式下操作的用于控制幅材移動的系統(tǒng)；
圖2E和2F示出了根據本發(fā)明的實施例，沿縱向布置在幅材上的刻度部件；
圖2G和2H示出了根據本發(fā)明的實施例，沿橫向布置在幅材上的刻度部件；
圖2I示出了根據本發(fā)明的實施例，以縱橫交錯圖案布置的刻度部 件，用于縱向和橫向位移的測量；
圖3A是光電檢測器表面上的光強度的曲線圖，該光強度由根據本 發(fā)明的實施例的刻度部件調節(jié)；
圖3B示出雙光電檢測器表面上的光強度的曲線圖，該光強度由根 據本發(fā)明的實施例的刻度部件和掃描標線片調節(jié)從而獲得具有卯°的 相位差的正弦的光強度；
圖4A是根據本發(fā)明的實施例，包含具有一體化刻度部件的幅材的 輥制品的示意圖4B是根據本發(fā)明的實施例，包含具有一體化刻度且還具有沉積 在幅材上的圖案部件的幅材的輥制品的示意圖4C是根據本發(fā)明的實施例，己經與幅材分開的刻度的示意圖5A示出了根據本發(fā)明的實施例，使用全內反射來指示幅材位 移；以及
圖5B示出了根據本發(fā)明的實施例的刻度部件，包含被構造用于提 供光的全內反射從而指示幅材位移的直角棱鏡；
圖6A示出了根據本發(fā)明的實施例，在反射模式下操作的用于控制 幅材移動的系統(tǒng)的一部分；
圖6B示出了根據本發(fā)明的實施例，在反射模式下操作的用于控制 幅材移動的系統(tǒng)的一部分；
圖7A示出了根據本發(fā)明的實施例，沿縱向布置在幅材的一個表面 上的刻度部件和幅材的背面上的第二圖案；以及
圖7B示出了根據本發(fā)明的實施例，沿縱向布置在幅材的一個表面 上的刻度部件和幅材的背面上的第二圖案，
雖然本發(fā)明可以有多種修改形式以及替代形式，但其細節(jié)已在附 圖中以舉例的方式示出并且將作詳細描述。然而應當理解，并非意圖
限制本發(fā)明于所描述的具體實施例。相反，其目的在于涵蓋落入所附 權利要求限定的本發(fā)明范圍內的所有修改形式、等同形式和可供選擇 的形式。
具體實施例方式
在制造過程中，需要用于指示用作基底的幅材的位置的改進的方 法和系統(tǒng)。本發(fā)明實現了這些和其他需要，并且提供了優(yōu)于現有技術 的其他優(yōu)點。
在所示實施例的下列描述中，參考的附圖構成其的一部分，并且 在這些附圖中，以圖解的方式示出各種可以實施本發(fā)明的實施例。應 當理解在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，可以利用這些實施例，并且 可以進行結構性的修改。
本發(fā)明的實施例示出了方法和系統(tǒng)，使用一體形成或設置在幅材 上的刻度，它們可用于指示幅材位移、確定幅材位置和/或控制柔性幅 材的移動?？潭劝ǘ鄠€刻度部件，它們調節(jié)能量來指示幅材位移。 例如，這些刻度部件可以調節(jié)電場、磁場或電磁場的能量。在多種實 施例中，這些刻度部件可以調節(jié)電磁場(即光)的能量，其中，由光 電探測器感測所調節(jié)的能量。在替代實施例中，這些刻度部件可以調 節(jié)電場的能量(例如，由電容傳感器檢測的電場能量)，和/或可以調 節(jié)磁場的能量(例如，由感應傳感器檢測的磁場能量)。
使用一體化刻度的幅材連續(xù)平移和/或旋轉位移的指示可用于在 圖案部件沉積在幅材上期間的一個或多個連續(xù)制造步驟中確定幅材位 置并且控制柔性幅材的移動。例如，結合本文提供的本發(fā)明實施例描 述的刻度可用于指示連續(xù)幅材位移。幅材位移的指示有助于在滾筒式 制造過程中，沉積或者說是形成在幅材上的圖案部件的多層之間的對 齊。本文所述刻度尤其對柔性、多層電子或光學器件的制造有用，它 們需要多個沉積步驟以在柔性幅材上形成連續(xù)的圖案部件層。
本文所述方法可用于自動補償幅材應變的變化，這通常發(fā)生在幅 材處理應用中。某些制造過程會引起幅材中的暫時或永久變化，使得幅材永久變形，例如由幅材的拉伸或收縮引起的變形。本發(fā)明的實施 例有利地提供對幅材中的暫時或永久變化的補償。例如，在一些實施 例中，刻度部件沉積在幅材上，基本上與幅材圖案部件層(例如用于 形成多層電子或光電器件的幅材圖案部件的第一層)同時發(fā)生。當刻 度部件和幅材圖案部件都沉積時，沉積在幅材上的圖案部件和刻度部 件就受到相同的幅材應變量。這些刻度部件用于精確地追蹤第一層幅 材圖案部件的橫向位置、縱向位置和/或角旋轉，與在后續(xù)過程中幅材 應變量無關。當幅材應變增大(即，幅材伸展得更多)時，這些刻度 部件就連同形成在幅材上(的相應幅材圖案部件一起伸展。這種現象允 許由刻度部件產生的信號用于更精確地追蹤沉積在幅材上的幅材部件 的位置。
使用根據本文各種實施例所述的刻度，可以即使在幅材伸展時， 也獲得與同時沉積的幅材圖案部件的精確對齊。如果幅材是柔性或可 伸展的，保持形成在幅材上的層之間的對齊變得更加復雜。具體來說， 與剛性基底(例如玻璃)相比，本發(fā)明的方法尤其可用，因為它們允 許刻度部件復制在塑料幅材或其他柔性幅材上。例如，根據本發(fā)明的 實施例，具有設置在其上的刻度的柔性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。
除了提供對幅材的平動位移和/或角旋轉的指示之外，或者替換此 指示，刻度還可以用于測量幅材或圍繞幅材的周圍環(huán)境的各種參數。 例如，如下文詳細描述的，刻度可以用于測量溫度和/或幅材的彈性模 量，和/或可以用于測量幅°材應變。
圖1是流程圖，示出了用于利用根據本發(fā)明的實施例的柔性幅材 上的一體化刻度對齊幅材圖案部件的過程。根據這些實施例，形成或 者說是設置在柔性幅材上的這些刻度部件調節(jié)110能量場，例如導向 幅材的光能。例如，在一種實施方式中，這些刻度部件可以包括沿縱 向布置在幅材上的一系列分散的刻度部件。這些沿縱向布置的刻度部
12件被構造為用于能量調節(jié)，其可以被測量以確定縱向位移。在另一種 實施方式中，這些刻度部件可以包括沿縱向布置的第一組分散刻度部 件和沿橫向布置的另一組刻度部件。這些縱向和橫向刻度部件被構造 用于調節(jié)能量以確定幅材的縱向和橫向位移并且還可以用于確定幅材
的角旋轉。傳感器將所調節(jié)的能量轉換120成輸出信號，該信號指示 幅材的連續(xù)平動和/或角位移。例如，該輸出信號可以包括模擬輸出信 號，提供幅材位移或位置的連續(xù)信息，與以不連續(xù)增量提供的幅材位 移或位置信息相對。通過這種方法，可以測量幅材的一個或多個自由 度。模擬輸出信號可以提供對幅材的縱向位移、橫向位移和/或角旋轉 的連續(xù)指示。從傳感器信號可以確定130幅材位置和/或角旋轉。利用 幅材位置信息，對齊140幅材以沉積幅材圖案部件。
各種類型的刻度部件可與相容的傳感器一起使用來指示連續(xù)幅材 位移。例如，這些刻度部件可以調節(jié)電場能量，可以調節(jié)磁場能量， 或者可以調節(jié)光。本發(fā)明的實施例是就光學刻度部件和相容的光電探 測器來進行描述的，但是可以使用調節(jié)能量場以產生連續(xù)幅材位移的 指示的信號的任何類型的刻度部件/傳感器配置。
圖2A-2D是利用由柔性幅材上的刻度部件進行的能量調節(jié)來指示 幅材的平動或旋轉位移和/或來確定從位移測量推導出的幅材參數的系 統(tǒng)的示意圖。本發(fā)明的原理是就與相容的光電探測器一起使用的光學 刻度部件來解釋的，但是應當認識到，可以替換性地使用調節(jié)和檢測 能量的任何其他類型的刻度部件和傳感器配置。圖2A-2B示出用于指 示幅材位移的光學系統(tǒng)。這些系統(tǒng)包括光源210，其將光211導向移動 的柔性幅材205。包括輥子230的輸送系統(tǒng)用于移動幅材205，同時保 持幅材張力和位置以有利于幅材圖案部件的沉積。幅材205相對于光 源210和光傳感器220的固定位置是活動的。
圖2A的系統(tǒng)示出了在反射模式下操作的用于指示幅材位移的系 統(tǒng)。在反射模式下，可以是多光源陣列的光源210與一個或多個光傳感器220布置在幅材的同一表面206附近。光源210將光211導向幅 材205的表面206。光的一部分被光學刻度部件215反射向光傳感器 220。光傳感器220檢測反射光并且產生指示連續(xù)幅材位移的模擬輸出 信號。在該實施例中，幅材205可以是或者可以不是透明的。在幅材 205是透明的配置中，光221的一部分可以透過幅材205。應當認識到， 如果幅材205是透明的，則刻度部件215可以布置在幅材205的任一 表面206、 207，或者布置在兩個表面上。
圖2B示出了在透射模式下操作的用于指示幅材位移的系統(tǒng)。在此 配置中，光源210和光傳感器220布置在幅材205的相對表面206、 207 上。光源210將光211導向幅材205的表面206。光的一部分212被刻 度部件215反射。光221的另一部分穿過透明幅材205到達光傳感器 220。光傳感器220檢測透過的光221并且產生指示幅材位移的模擬輸 出信號。
圖3A的光強度曲線310示出了圖2A和2B的系統(tǒng)的光傳感器220 的有源表面222處的光強度。光強度曲線310基本上是正弦的，在最 高強度點處有峰值，且在低強度點處有谷值。光傳感器220檢測有源 表面222處的光并且產生正弦模擬輸出信號，該信號追蹤光傳感器220 的有源表面222處的光強度。
圖2C和2D示出了用于利用由反射(圖2C)和透射(圖2D)模 式指示的幅材位移來控制幅材位置的系統(tǒng)。圖2C和2D的用于指示幅 材位置的部件分別類似于圖2A和2B的那些，除了圖2C-2D的系統(tǒng)還 都另外包括一個或多個掃描標線片240和多個光傳感器250、255之外。 幅材205相對于光源210、掃描標線片240和光傳感器250、 255的固 定位置是活動的。
掃描標線片240定位成距離幅材205小段距離，從而使標線片窗 口 241允許導向幅材205的光的一部分穿過標線片240。窗口 241之間的標線片240的區(qū)域242阻擋光的一部分。
在另一個實施例中，如圖6A所示， 一個或多個光傳感器220定位 成"在輥子上"。本文所用的短語"在輥子上"意味著涉及光傳感器 的位置，其在該系統(tǒng)內的一個輥子的附近，并且構造成用于當它們在 其上的幅材的那部分接觸到輥子時，從幅材上的一個或多個光學刻度 部件接收反射光。這種實施例能夠提供的優(yōu)點是，將可能與由光傳感 器檢測到的信號相關的噪音最小化。在傳感器"遠離輥子"的實施例 中(例如圖2A至2D),幅材自身的振動會增大反射光的噪音。如圖 6B所示，該示例性實施例中的光源可以位于幅材的上方。盡管本文未 示出，但是其他示例性實施例可以包括使用透明輥子，在輥子自身中 有光源。這種實施例在透射模式下會起作用(如上所述)。
傳感器定位成遠離輥子(如圖2A至2D所示例的那些)的實施例 提供的優(yōu)點是，在光源與幅材之間有氣隙。在傳感器在輥子上的實施 例中，不需要存在氣隙。在這些實施例中，可以但不必須對幅材或輥 子做出改變來補償不存在的氣隙。
這種補償不存在的氣隙的方法曾經包括改變輥子的表面。經常但 不是總是，這些輥子在性質上是反射的(例如不銹鋼)。因此，輥子 可以做成具有啞光表面。通過例如將輥子表面從反射的變?yōu)閱」獾模?與光學刻度部件(其為反射的)相互作用的光線能夠更容易地區(qū)別于 與輥子相互作用的光線。改變輥子表面的另一個方法是將輥子做成其 他顏色。在一個實施例中，可以將輥子做成具有深色，由此比反射的 輥子(例如)吸收更多的光。這兩種示例性方法都可以增大兩種光線 (一種為與光學刻度部件相互作用的， 一種為與輥子相互作用的)之 間的對比。
另一個補償正消失的氣隙的方法是在幅材與輥子之間形成氣隙。 該氣隙如果形成了，就用作使穿過幅材和反射離開輥子的光折射。由
15于空氣的折射率(對比于制造幅材的材料)，已經被允許通過幅材、 然后穿過氣隙、然后反射離開輥子、然后再穿過氣隙并且然后再穿過 幅材的光會具有不同于反射離開光學刻度部件的光的角度(取決于有 關部件全體的透射率)和強度。
通過例如在幅材背面設置結構，可以在輥子與幅材背面之間形成
氣隙，從而在輥子與幅材之間形成并保持間隙。圖7A示出形成這種間 隙的一種示例性方法。在圖7A中，幅材205包括光學刻度部件215， 如其他示例性幅材所包括的，但是還包括間隙結構715，其用來在輥子 與幅材205之間形成氣隙。
圖7B示例了在幅材與輥子之間形成氣隙的另一種方法。該方法改 變輥子而不是幅材。如圖7B所示，輥子包括凹部720，其用來在光學 刻度部件215的位置處在幅材與輥子之間提供間隙。如圖2A至2D所 示，光傳感器250、 255檢測存在于傳感器250、 255的表面上的光并 且產生獨立的輸出信號。通過使用掃描標線片240，這些光傳感器處的 光強度對應于相位差為90°的兩個對稱正弦信號320、 330，如圖3B 所示。光傳感器250、 255產生追蹤光傳感器250、 255的表面上的光 強度的輸出信號以指示幅材位置。
由幅材位置處理器260分析光傳感器250、 255產生的輸出信號 320、 330從而確定幅材的位置。利用相移信號320、 330，幅材位置處 理器260既可以確定幅材的位置又可以確定幅材相對于光傳感器的運 動方向。幅材運動控制器270利用這個信息來控制幅材移動。
在一些實施例中，多個光源和/或多個光傳感器可用于檢測幅材的 平動和/或角位移和/或用于確定幅材參數。利用多個傳感器組合的系統(tǒng) 提供信號冗余，形成更強大的系統(tǒng)。在一些實施例中，由不止一個刻 度部件例如約3至20個部件調節(jié)的能量用于產生傳感器輸出信號。該 輸出信號可以對由多個部件調節(jié)的能量求平均值或者說是組合。在這種配置中，如果單個部件或者甚至是多個部件受到損壞或者被灰塵阻 礙，平均的輸出信號會最低程度地被影響。
這些刻度部件可以包括縱向布置的部件、橫向布置的部件或者是
縱向和橫向布置的部件的組合。如圖2E和2F所示，在一個實施例中， 一組刻度部件230可以設置成進行幅材205的上表面207、下表面206 或者這兩個表面206、 207上的縱向位移測量。如圖2A-2D所示， 一套 光源和傳感器部件被構造為用于檢測由縱向刻度部件230調節(jié)的能量 并且產生指示幅材205的縱向位移的信號和/或可以用于測量其他幅材 參數。在一個實施例中，如圖2G和2H所示， 一組刻度部件240可以 布置成進行幅材205的上表面207、下表面206或者這兩個表面206、 207上的橫向位移測量。 一套光源和傳感器部件被構造為用于檢測由橫 向刻度部件調節(jié)的能量并且產生指示幅材的橫向位移的信號和/或用于 測量其他幅材參數。
圖2E-2H所示的刻度部件是線性三棱鏡，它們可以具有棱鏡間距， 這些棱鏡之間的距離低至約幾微米。這種棱鏡的傳統(tǒng)尺寸包括約40P m的棱鏡間距和約20 u m的棱鏡之間的距離。
縱向和橫向刻度部件這兩者以及相容的光源/傳感器組合的使用 能夠指示縱向和橫向幅材位移以及角位移。圖2I示出了帶有設置在幅 材205的上表面207上的縱向和橫向刻度部件230、 240的幅材?？v向 和橫向刻度部件230、 240可以設置在幅材205的相對側上或者設置在 幅材的同一側上。如果縱向和橫向部件230、 240設置在幅材205的同 一側上，則它們可以形成縱橫交錯的圖案，如圖2I所示縱向和橫向部 件可以如圖2I所示那樣連接，或者可以包括另一種分散、不連接的棱 鏡圖案。在一些實施例中，縱橫交錯的圖案可以包括多個縱向部件的 區(qū)域交替著多個橫向部件的區(qū)域。
如前所述，具有一體化刻度的柔性、細長幅材尤其在滾筒式制造過程中有利。例如，對于在連續(xù)制造步驟期間需要對齊的制造過程(例 如，在分層電子器件的形成中)來說， 一體化刻度可以用于定位幅材。圖4A示出具有形成在幅材上的一體化刻度410的幅材405，其可以作 為輥制品400出售。幅材/刻度輥制品400可以用于制造過程中，刻度 410提供位置信息以有利于幅材405上的圖案部件的形成。替換性地，如圖4B所示，輥制品401可以包括具有與第一層幅材 圖案部件420同時形成的一體化刻度411的柔性幅材406。這種配置尤 其有助于補償幅材406在連續(xù)的層沉積期間的尺寸變化。例如，聚合 物幅材會傾向于由于熱處理而收縮或膨脹，和/或傾向于吸收或析出水 或其他溶液，使得層與層的對齊困難。當刻度部件411和第一層幅材 圖案部件同時形成時，利用一體化刻度411的后續(xù)沉積的對齊為通常 發(fā)生在幅材處理應用中的幅材應變的變化提供自動補償。當幅材應變 增大(即，幅材伸展得更多)時，刻度就與形成在幅材上的第一層幅 材圖案部件一起伸展。當在成型期間圖案部件420和刻度部件412受 到相同的尺寸變化時，就允許刻度部件412更精確地追蹤沉積在幅材 406上的圖案部件420的位置。在一些實施例中，如圖4C所示，在完成了制造過程之后，刻度部 分430可以從幅材406上分離并且作為輥制品出售?？潭炔糠?30可 以附接到不同的幅材上并且用于幅材定位，如本文所述。在刻度部分 430的表面上可以提供粘合劑以助于刻度與幅材、基底或其他所需工件 的附接。柔性材料上形成的刻度在它們附接到基底上時尤其有用。在將刻 度附接到機器或其他基底時所遇到的一個考慮是基底與刻度之間的熱 膨脹系數(CTE)的不同。例如，如果使用非常剛性的刻度，那么刻度 會以不同于基底的速率膨脹，所以刻度改變的不同的量為(CTEscale-CTEsubstrate) * deltaT *刻度長度。如果刻度膨脹得少于基底，就更容易 處理，因為，刻度處于拉伸狀態(tài)，并且會一直順著直線的方向。然而，如果刻度膨脹得多于基底，刻度就處于壓縮狀態(tài)，就會產生附加力， 這些力易于使刻度彎曲(即，刻度往往在平面范圍外起波紋)。產生 的壓縮力為入(模量)*八(面積)*應變。根據本發(fā)明各種實施例形成的柔性刻度的CTE比通常采用的鋼刻度高約5倍，但是彈性模量比鋼刻度低300倍。凈力小約60倍。因此， 本文所述柔性刻度可以結合到基底上而不會有重大彎曲，使得刻度能 夠更緊密地追蹤基底的位置。通過使用柔性刻度，例如具有能讀出x/y的矩形陣列的棱錐體的 塑料或聚合物刻度，就可能做出比目前可用刻度大得多的柔性刻度。 例如，可以做出的刻度有數英里長，60英寸或更寬。根據各種實施例，刻度部件可以包括被構造用于經由全內反射反 射光的棱鏡。當光的入射角大于或等于臨界角ee時，出現全內反射 (TIR)。對于大于6e的入射角，所有輸入能量都被反射。圖5A示出包含在幅材505上的TIR部件515的刻度，并且解釋 了根據各種實施例使用時全內反射的原理。光源產生的光被導向具有 包含TIR刻度部件515的一體化刻度的幅材505。如果導向TIR刻度部件515的光511的角度e i大于或等于臨界角e c，那么光就以角度er反射。TIR刻度部件可以形成為經由TIR提供反射的任何形狀或配置。 在一些實施例中，TIR刻度部件可以包含直角棱鏡，如圖5B所示。在 該實施例中，如果TIR刻度部件516的左面517上的光入射角9 大于 e e，則光就以入射角6 i2全內反射到棱鏡右面518。在棱鏡右面518處， 光再次以角度ec全內反射并且與入射光平行地離開棱鏡516。經由 TIR的反射很方便地將入射在TIR刻度部件表面上的幾乎所有光發(fā)射， 而不會有隨著通常用于反射刻度的金屬化表面而出現的損耗。TIR刻度部件的使用不是對所有應用都適用，例如，當幅材不透19明時。在一個實施例中，刻度部件包括復制在幅材上的凸起部件。這 些凸起部件可以涂有反射材料。在其他實施例中，刻度部件的沉積可 以包括以預定方式在幅材上印刷部件，例如經由噴墨。如前所述，幅材上的刻度部件可用于調節(jié)能量以指示幅材的平動 和/或旋轉位移。另外，或替換性地，這些刻度部件可以用于測量各種 幅材參數。在各種實施例中，可以使用刻度部件測量取決于幅材尺寸 變化的參數，例如溫度、應變和/或彈性模量。在一種應用中，刻度部件可以用于測量幅材溫度的變化。幅材溫度的變化ST引起相應的尺寸變化SLT?？潭炔考蛡鞲衅麟娐房捎?于測量尺寸變化SLT。從測得的尺寸變化可以推導出幅材溫度的變化 5 T。刻度部件可用于測量幅材應變，即。由拉伸幅材的力所引起的變 形量。例如，只考慮縱向應變，當具有初始長度L的幅材沿著其縱(x) 軸伸展時，幅材長度變化了SL，從第一長度L,到第二長度L2?？v向 伸展的幅材的線性應變Ex用ex =SL/LC表示。幅材的x軸上的任一 點的應變可表示成乂方向的位移沿著軸線的任一點的微分~=3^/&。 角應變或剪應變考慮了沿著縱(x)軸和橫(y)軸這兩者的變形。幅 材任一點處的角應變或剪應變是—3 布置在縱向(x)和橫向(y)這兩個方向上的刻度部件可與相容的能量源/傳感器組合一起用于測量幅材的縱向和橫向變形。這些變形 可用于計算沿著x軸和y軸的線性應變以及角應變或剪應變。在一種應用中，測得的幅材變形可用于計算彈性模量。模量可以計算為入=應力/應。因此，利用已知力和如上所述地測量幅材應變，20可以確定幅材的彈性模量。本文所述實施例涉及具有一體化刻度部件的幅材，其允許對幅材 的平動和角位移的連續(xù)追蹤，和/或允許對各種幅材參數的測量。這些 刻度部件可以通過各種技術形成在幅材中或幅材上。例如，刻度部件 可以沉積或形成在幅材上，例如通過澆注和硬化處理?；蛘?，這些部 件可做在幅材中，例如通過劃線、熔化、印刷或其他技術。在一些實施例中，這些刻度部件可以被擦掉和重寫。例如，在一 種應用中，通過選擇性地將介質的一些部分暴露在磁場中，可以在磁 性介質中擦掉或寫入這些刻度部件。在另一個應用中，可以在光學介 質中擦掉和/或寫入這些刻度部件，例如通過使用激光來加熱刻度的一些部分從而活化有機染料。在又一實施例中，通過修改刻度部件的光 學性質可以擦掉和/或寫入刻度部件。例如，通過化學處理可以修改光 學材料的折射率來擦掉或寫入在基底上的刻度部件。各種技術可以用于將刻度部件應用在幅材上，例如由紙、纖維、 紡織或非紡織材料制成的幅材。這些幅材可以包括聚酯、聚碳酸酯、PET或其他聚合物幅材。TIR刻度部件的形成技術在代理人案巻號為 No.63013US002的與本申請同時提交的共同擁有的美國專利申請中做 了描述，并且以引用方式并入本文中。上面給出的本發(fā)明的各種實施例的描述是為了示例和描述的目 的。無意于窮舉本發(fā)明或將本發(fā)明限制成所公開的精確形式。按照上 述教導，可能有很多改型和變化。無意于用這種詳細描述限制本發(fā)明 的范圍，而是由所附的權利要求限制。
權利要求
1.一種用于指示幅材位移的方法，包括移動其上設置有多個分散刻度部件的細長、柔性幅材；使用所述刻度部件調節(jié)能量；將調節(jié)的能量轉換成提供連續(xù)幅材位移的指示的信號。
2. 根據權利要求l所述的方法，還包括基于所述信號確定所述幅 材的位置。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中 所述刻度部件包括光學刻度部件；并且 調節(jié)所述能量包括使用所述光學刻度部件調節(jié)光。
4. 根據權利要求3所述的方法，其中 所述幅材包括透明幅材；調節(jié)所述光包括使所述光的一部分透過所述透明幅材；并且 還包括基于透過的光確定所述幅材的位移。
5. 根據權利要求3所述的方法，其中 調節(jié)所述光包括使所述光的一部分反射；并且 還包括基于反射的光確定所述幅材的位移。
6. 根據權利要求3所述的方法，其中 所述幅材包括透明幅材；并且 調節(jié)所述光包括使用所述光學刻度部件使所述光的一部分反射；并且 使所述光的一部分透過所述幅材。
7. 根據權利要求3所述的方法，其中調節(jié)所述光還包括使用一個或多個標線片調節(jié)所述光。
8. 根據權利要求l所述的方法，其中所述幅材包括透明聚合物。
9. 根據權利要求l所述的方法，其中-所述刻度部件是磁性刻度部件；并且 調節(jié)所述能量包括調節(jié)磁能。
10. 根據權利要求1所述的方法，其中 所述刻度部件是電氣刻度部件；并且 調節(jié)所述能量包括調節(jié)電能。
11. 根據權利要求1所述的方法，其中所述幅材的彎曲半徑小于 約100mm。
12. 根據權利要求1所述的方法，其中確定所述幅材的位移包括 確定縱向位移。
13. 根據權利要求1所述的方法，其中確定所述幅材的位移包括 確定橫向位移。
14. 根據權利要求1所述的方法，其中確定所述幅材的位移包括 確定角旋轉。
15. 根據權利要求1所述的方法，其中 確定所述幅材的位移包括測量幅材變形；并且 還包括基于所述幅材變形確定溫度。
16. 根據權利要求1所述的方法，其中 確定所述幅材的位移包括測量幅材變形；并且還包括基于所述幅材變形確定幅材應變。
17.根據權利要求l所述的方法，其中 確定所述幅材的位移包括測量幅材變形；并且 還包括基于所述幅材變形確定所述幅材的彈性模量。
18. —種用于指示幅材位移的系統(tǒng)，包括細長、柔性幅材，所述細長、柔性幅材具有設置在其上的一體化 刻度，所述刻度包括被構造用于調節(jié)導向所述幅材的能量的多個分散 刻度部件；傳感器，所述傳感器被構造用于檢測由所述刻度部件調節(jié)的能量 并且基于所調節(jié)的能量產生連續(xù)幅材位移的指示的信號；以及輸送裝置，所述輸送裝置被構造用于提供所述幅材與所述傳感器 之間的相對移動。
19. 根據權利要求18所述的系統(tǒng)，還包括處理器，所述處理器被 構造用于基于所述信號確定所述幅材的位置。
20. 根據權利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述細長、柔性幅材包括 透明幅材。
21. 根據權利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述細長、柔性幅材包括 聚合物、紙、紡織或非紡織材料。
22. 根據權利要求18所述的系統(tǒng)，其中 所述能量包括光；并且 所述刻度部件包括光學刻度部件。
23. 根據權利要求22所述的系統(tǒng)，其中 所述幅材包括移動幅材；并且還包括一個或多個標線片，所述標線片被構造用于進一步調節(jié)所述光。
24. 根據權利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述刻度被構造用于通過透射所述光的一部分來調節(jié)所述光；并且所述傳感器被構造用于檢測透過的光并且基于所述透過的光產 生所述信號。
25. 根據權利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述刻度被構造用于通過反射所述光的一部分來調節(jié)所述光；并且所述傳感器被構造用于檢測反射光并且基于所述反射光產生所 述信號。
26. 根據權利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述幅材具有設置在其上 的幅材圖案部件。
27. 根據權利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述幅材的彎曲半徑小于 約100mm。
28. 根據權利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述位移包括所述幅材的 縱向位移。
29. 根據權利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述位移包括橫向位移。
30. 根據權利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述位移包括所述幅材的 角旋轉。
31. —種包含具有一體化刻度的柔性、細長幅材的裝置，所述刻度包含設置在所述幅材上的刻度部件的圖案，并且所述刻度部件被構 造用于調節(jié)導向所述幅材的能量，所調節(jié)的能量指示所述幅材的連續(xù) 位移。
32.根據權利要求31所述的裝置，還包括布置在所述幅材上的幅 材部件圖案。
33.根據權利要求31所述的裝置，其中: 所述刻度部件包括棱鏡；并且 所述能量包括光。
34.根據權利要求31所述的裝置，其中所述刻度部件被構造用于 經由全內反射來反射光。
35.根據權利要求31所述的裝置，其中所述幅材的彎曲半徑小于 約100mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于指示柔性幅材的位移的方法和系統(tǒng)。細長、柔性幅材包括具有被構造用于調節(jié)導向所述幅材的能量的刻度部件的一體化刻度。輸送裝置提供所述幅材相對于傳感器的相對移動。所述傳感器檢測由所述刻度部件調節(jié)的能量并且基于所述調節(jié)的能量產生連續(xù)幅材位移的指示的信號。
文檔編號B65H23/032GK101678977SQ200880021223
公開日2010年3月24日 申請日期2008年6月18日 優(yōu)先權日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, 達萊·L·埃內斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司