(57)【要約】  ＴＩＲスケール構造を含むスケールを使用して、基材の変位を求める方法及びシステムが記載される。スケール要素として多数の全反射（ＴＩＲ）プリズムを含むスケールが、基材上に配置される。スケールに向けて送られた光は、ＴＩＲプリズムにより変調される。変調された光に基づいて、基材の変位を示す信号が生成される。信号は、ウェブの位置を求めるため、ウェブの移動を制御するため、及び／又は種々のウェブパラメーターを測定するために使用されてもよい。
2010530544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の変位を求める方法であって、
前記基材上に配置された、スケール要素として複数個の全反射（ＴＩＲ）プリズムを含むスケールに向けて光を送ることと、
前記ＴＩＲプリズムを使用して前記光を変調することと、
変調された光に基づいて、前記基材の変位を示す信号を生成することと、を含む、方法。
【請求項２】
生成された信号を使用して前記基材の位置を求めることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記信号を生成することが、長手方向又は横方向の基材の変位を示す信号を生成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基材が細長い可撓性ウェブを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ウェブの曲げ半径が約１００ｍｍ未満である、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記基材の変位を求めることが、前記ウェブの角回転を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記基材がポリマーを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記光を変調することが、前記ＴＩＲプリズムを使用して前記光の一部を反射することを含み、
前記信号を生成することが、反射された光に基づいて前記信号を生成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記光を変調することが、前記光の一部を前記基材に透過させることを含み、
前記信号を生成することが、透過した光に基づいて前記信号を生成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記光を変調することが、１つ以上のレチクルを使用して前記光を変調することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
基材の変位を示すシステムであって、
スケールを含む基材であって、前記スケールが、前記基材上に配置された全反射（ＴＩＲ）プリズムを含み、該ＴＩＲプリズムが、前記基材に向けて送られた光を変調するよう構成された、基材と、
前記ＴＩＲプリズムにより変調された光を検出して、該変調された光に基づいて前記基材の変位を示す信号を生成するよう構成された変換器と、を含む、システム。
【請求項１２】
前記変換器の信号に基づいて基材の位置を求めるよう構成されたプロセッサを更に含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記基材が可撓性の細長いウェブを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ＴＩＲプリズムが、前記ウェブの表面上に配置された正直角柱（right regular prisms）を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ＴＩＲプリズムが約９０°の内角を有する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ＴＩＲプリズムのプリズム同士の間隔が約２０μｍであり、プリズム頂点同士の間隔が約４０μｍである、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ＴＩＲプリズムが前記基材の溝又は切り込みを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
パターン構造及び一体型スケールが配置された細長い可撓性ウェブを含むロール製品であって、前記スケールが、前記ウェブに向けて送られた光を変調するよう構成された全反射（ＴＩＲ）プリズムを含み、変調された光がウェブの位置を示す、ロール製品。
【請求項１９】
前記変調された光が、前記プリズムによって反射された光を含む、請求項１８に記載のロール製品。
【請求項２０】
前記ウェブが透明であり、前記変調された光が透明な前記ウェブを透過した光を含む、請求項１８に記載のロール製品。
【請求項２１】
前記可撓性ウェブの少なくとも１つの面に配置された接着剤を更に含む、請求項１８に記載のロール製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００７年６月１９日に出願された「全反射変位スケール（TOTAL INTERNAL REFLECTION DISPLACEMENT SCALE）」という名称の米国特許仮出願第６０／９４４，８８８号の優先権を主張するものであり、その開示内容はこの参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（発明の分野）
本開示は、変位を求めるスケールに関し、このスケールは、変位を測定するスケール構造として複数個の全反射（ＴＩＲ）光学プリズムを使用する。
【背景技術】
【０００３】
光学エンコーダーは、目的とする基材又はその他の物品の変位を測定するために使用される。典型的には、光学エンコーダーは、光源、目的とする基材又はその他の物品に付けられたスケール、及び光検出要素を含む。スケールは、光の一部を反射、透過、及び／又は遮断することで、光源から送られた光を変調する。光検出要素は、変調された光を検出するよう配置され、変調された光に対応する出力信号を生成する。目的とする物品の変位は、光センサーの出力信号を分析することにより求められる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の実施形態は、ＴＩＲスケール構造を含むスケールを使用して基材の変位を求める方法及びシステムを含む。本開示の一実施形態は、基材の位置を求める方法を目的とする。光は、基材上に配置されたスケールに向けて送られる。スケールは、スケール要素として複数個の全反射（ＴＩＲ）プリズムを含む。光は、ＴＩＲプリズムにより変調され、基材の位置を示す信号が、変調された光に基づいて生成される。基材の位置は、生成された信号を使用して求め得る。例えば、信号は、連続的な基材位置を示すアナログ信号を含んでもよい。
【０００５】
幾つかの構成では、基材は、ポリマーウェブなどの透明な細長い可撓性ウェブを含んでもよい。使用される材料に応じて、ウェブは、例えば約１００ｍｍ未満、約５０ｍｍ未満、約２５ｍｍ未満、又は更には約５ｍｍ未満の曲げ半径を有することができる。
【０００６】
ウェブの長手方向（ダウンウェブ）の変位、横方向（クロスウェブ）の変位、及び／又は角回転は、ＴＩＲスケール構造を使用して求め得る。長手方向及び／又は横方向の変位の測定値は、ウェブの位置を求めることを可能にし、及び／又は変位に変化をもたらす種々のウェブパラメーターを求めるために使用されてもよい。例えば、温度、ひずみ及び弾性率は、変位の測定値に基づいて求め得る。
【０００７】
ウェブの角度は、実質的に垂直に配置された２つのシステムを使用することにより、簡単な三角法を用いて求め得る。
【０００８】
本開示の一態様に従って、光を変調することは、ＴＩＲプリズムを使用して光の一部を反射することを含む。基材位置を示す信号は、反射光に基づいて生成される。
【０００９】
本開示の別の態様に従って、光を変調することは、透明な基材に光の一部を透過させることを含む。基材位置を示す信号は、反射光に基づいて生成される。走査レチクルは、光変調をもたらすためにＴＩＲプリズムと共に使用されてもよい。
【００１０】
本開示の別の実施形態は、基材位置を示すよう構成されたシステムを含む。基材は、スケール構造として全反射（ＴＩＲ）プリズムを有するスケールを含む。変換器は、ＴＩＲプリズムにより変調された光を検出し、変調された光に基づいて基材の位置を示す信号を生成する。信号は、ウェブの連続的な長手方向の変位、連続的な横方向の変位、及び／又は角回転を含む、ウェブの１以上の並進自由度及び／又は回転自由度の連続的な測定を提供するよう使用されてもよい。システムは、変換器の信号に基づいて、基材の位置を求めるよう、及び／又は基材の位置を制御するよう構成された構成要素を含む。ＴＩＲ要素は、約９０°又はその他の角度の内角を有してもよく、基材の溝又は切り込みを含んでもよい。
【００１１】
本開示の更に別の実施形態は、その上にパターン構造及び一体型スケールが配置された細長い可撓性ウェブを含むロール製品を目的とする。スケールは、ウェブに向けて送られた光を変調するために構成された全反射（ＴＩＲ）プリズムを含み、変調された光はウェブの位置を示す。
【００１２】
本開示の上述の概要は、本開示のそれぞれの実施形態、又はすべての実施を説明することを意図するものではない。本開示の利点及び効果、並びに本開示に対する一層の理解は、以下に記載する発明を実施するための形態及び特許請求の範囲を添付図面と併せて参照することによって明らかになり、理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本開示の実施形態に従って、ウェブの位置を示すための全反射の使用。
【図１Ｂ】本開示の実施形態に従って、ウェブの位置を示すための全反射をもたらすよう構成された、正直角柱（right regular prism）を含むスケール要素。
【図２Ａ】本開示の実施形態に従って、反射モードで作動してウェブの位置を示すシステム。
【図２Ｂ】本開示の実施形態に従って、透過モードで作動してウェブの位置を示すシステム。
【図２Ｃ】本開示の実施形態に従って、反射モードで作動してウェブの移動を制御するシステム。
【図２Ｄ】本開示の実施形態に従って、透過モードで作動してウェブの移動を制御するシステム。
【図２Ｅ】本開示の実施形態に従って、ウェブ上に長手方向に配列されたスケール構造。
【図２Ｆ】本開示の実施形態に従って、ウェブ上に長手方向に配列されたスケール構造。
【図２Ｇ】本開示の実施形態に従って、ウェブ上に横方向に配列されたスケール構造。
【図２Ｈ】本開示の実施形態に従って、ウェブ上に横方向に配列されたスケール構造。
【図２Ｉ】本開示の実施形態に従って、格子状パターンの長手方向及び横方向のスケール構造。
【図３Ａ】光検出器の表面における光の強度のグラフであり、この光の強度は、本開示の実施形態に従って、スケール構造により変調されたもの。
【図３Ｂ】デュアル光センサーの表面における光の強度のグラフを示し、この光の強度は、本開示の実施形態に従って、約９０°の位相差で正弦波形状の光強度を達成するようスケール構造及び走査レチクルにより変調されたもの。
【図４Ａ】本開示の実施形態に従って、ＴＩＲスケールを使用して基材位置を示すプロセスを説明したフローチャート。
【図４Ｂ】本開示の実施形態に従って、ウェブの粗位置及び精密位置を求める方法を説明したフローチャート。
【図５Ａ】本開示の実施形態に従って、一体型スケール構造を有するウェブを含むロール製品の図。
【図５Ｂ】本開示の実施形態に従って、一体型スケールを有し、更にウェブ上に付着されたパターン構造をも有するウェブを含む、ロール製品の一部の図。
【図５Ｃ】本開示の実施形態に従って、ウェブから分離されたスケールの図。
【図６】本開示の実施形態に従って、基材上にＴＩＲスケールを形成するよう使用され得る、凹版のＴＩＲ構造を有するローラーの一部の側面図。
【図７】本開示の実施形態に従って、基材上にＴＩＲプリズム構造を含むスケールを形成するシステム。
【図８】本開示の実施形態に従って、基材上にＴＩＲプリズム構造を含むスケールとパターン構造の第１層とを同時形成するシステム。
【図９】本開示の実施形態に従って、ウェブの両面に構造を含む両面ウェブ基材を生成するシステム。
【図１０】本開示の実施形態に従って、ウェブの両面に構造を含む両面ウェブ基材を生成するために使用され得る、第１及び第２の模様付きローラー。
【図１１】本開示の実施形態に従って、前の製造工程で形成されたＴＩＲスケールが、後の製造工程で基材の位置を制御するために使用されるシステム。
【図１２Ａ】本開示の実施形態に従って、反射モードで作動してウェブの移動を制御するシステムの一部。
【図１２Ｂ】本開示の実施形態に従って、反射モードで作動してウェブの移動を制御するシステムの一部。
【図１３Ａ】本開示の実施形態に従って、ウェブの一方の表面上に長手方向に配列されたスケール構造と、ウェブの裏側にある第２のパターン。
【図１３Ｂ】本開示の実施形態に従って、ウェブの一方の表面上に長手方向に配列されたスケール構造と、ウェブの裏側にある第２のパターン。
【００１４】
本開示は様々な修正形態及び代替形状を受容し得るが、具体的には、実施例として図面に示し、かつ以下に詳細に説明する。但し、本開示を、記載される特定の実施形態に限定することを意図するものではないことは理解されたい。逆に、添付の請求の範囲で特定した本開示の範囲内の、あらゆる変更、均等物、及び代替物を含むことを意図している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
基材の変位を示すための改善された方法及びシステムが必要とされている。本開示は、これら及び他の必要性に応えると共に、先行技術を上回る他の利点を提供する。
【００１６】
例示実施形態についての以降の記述では、本明細書の一部を形成し、かつ本開示が実施され得る様々な実施形態を例示する添付の図面について言及する。本開示の範囲から逸脱することなく、実施形態が利用されてもよく、また構造上の変更が行われてもよいことを理解されたい。
【００１７】
本開示の実施形態は、目的とする基材又はその他の物品の変位を求めるスケール、並びにスケールを形成及び使用する方法及びシステムを示す。スケールは、ウェブの並進変位及び／又は回転変位を示すために使用されてもよく、かつウェブの位置を求めるために、及び／又は可撓性ウェブの移動を制御するために使用されてもよい。ウェブの並進変位及び／又は回転変位を示すことに加えて、又はその代わりに、スケールは、ウェブ、又はウェブを取り巻く周囲環境の様々なパラメーターを測定するために使用されてもよい。例えば、より詳細に後述するように、スケールは、温度及び／又はウェブの弾性率を測定するよう使用されてもよく、及び／又はウェブのひずみを測定するよう使用されてもよい。基材は、ガラスなどの透明な硬質材料から製造されてもよく、あるいは可撓性ポリマーウェブなどの透明な可撓性の伸縮性材料を含んでもよい。
【００１８】
スケールは、全反射（ＴＩＲ）プリズムとして構成された複数個の光学スケール構造を含む。全反射は、プリズム面における光の入射角θｉが臨界角θｃより大きいか等しい場合に生じる。入射角がθｃより大きい場合、すべての入射光が反射される。
【００１９】
図１Ａは、基材１０５上にＴＩＲ構造１１５を含むスケールを示し、様々な実施形態に従って使用される全反射の原理を表す。光源（図示なし）により発生された光は、ＴＩＲスケール構造１１５を含む一体型スケールを有する基材１０５に向けて送られる。ＴＩＲスケール構造１１５に向けて送られた光１１１の角度θｉが臨界角θｃより大きいか等しい場合、図１Ａに示されるように、光は角度θｒで反射される。
【００２０】
ＴＩＲスケール構造は、ＴＩＲによる反射をもたらす任意の形状又は構成で形成されてよい。幾つかの実施形態では、ＴＩＲスケール構造は、図１Ｂに示されるように、正直角柱を含んでもよい。この実施形態では、ＴＩＲスケール構造１１６の左面１１７に入射する入射光線の角度θｉ１がθｃより大きい場合、光は右プリズム面１１８に入射角θｉ２で全反射される。右プリズム面１１８において、光は再度、角度θｒ２で全反射され、入射光線と実質的に平行にプリズム１１６から出る。ＴＩＲによる反射は、反射スケールに典型的に使用される金属化表面で生じ得る変質を伴わず、ＴＩＲスケール構造の面に入射するほぼすべての光を都合よく反射する。
【００２１】
図２Ａ〜２Ｄは、基材上に配置されたＴＩＲスケールを使用して基材の変位を示すよう構成されたシステムの図である。図２Ａ及び２Ｂに示されるように、システムは、光源２１０及び光センサー２２０の固定位置に対して移動可能な基材２０５に向けて光２１１を送る光源２１０を含む。
【００２２】
図２Ａのシステムは、反射モードで作動して基材の変位を示すシステムを示す。反射モードでは、光源２１０（多光源アレイであってもよい）及び１つ以上の光センサー２２０は、基材２０５の同一表面２０６付近に配置される。光源２１０は、基材２０５の表面２０６に向けて光２１１を送る。光の一部２１２は、ＴＩＲスケール構造２１５により光センサー２２０の方向に反射される。光センサー２２０は、反射された光を検出し、基材の変位を示すために使用可能なアナログ出力信号を生成する。この実施形態では、基材２０５は、透明であっても、透明でなくてもよい。基材２０５が透明である構成では、光の一部２２１が基材２０５を透過することもできる。基材２０５が透明の場合、ＴＩＲスケール構造２１５は、基材２０５の片面２０６、２０７、又は両面２０６、２０７に配置され得ることが理解されるであろう。
【００２３】
図２Ｂは、透過モードで作動する、ウェブの位置を示すシステムを示す。この構成では、光源２１０及び光センサー２２０は、ウェブ２０５の対向する表面２０６、２０７に配置される。光源２１０は、ウェブ２０５の表面２０６に向けて光２１１を送る。光の一部２１２は、スケール要素２１５により反射される。光の別の部分２２１は、透明なウェブ２０５を通過して光センサー２２０に到達する。光センサー２２０は、透過した光２２１を検出し、アナログ出力信号を生成する。
【００２４】
図２Ａ及び２Ｂでは、基材２０５が光源２１０及び光センサー２２０の固定位置に対して移動すると、光センサー２２０の活性表面２２２における光の強度がＴＩＲスケール構造により変調される。図２Ａ及び２Ｂのシステムで、光センサー２２０の活性表面２２２における光の強度は、図３Ａの光の強度のグラフ３１０により示される。基材２０５の相対的な動きにより、光センサー２２０の表面２２２における光の強度は、正弦波形状に変調される。光センサー２２０は、光を検出し、光センサー２２０の活性表面２２２で光の強度を追跡する、対応する正弦波アナログ出力信号を生成する。光センサー２２０により生成されたアナログ出力信号は、基材２０５の変位を求めるために使用できる。
【００２５】
幾つかの実施形態では、光センサーにより生成されたアナログ出力信号は、基材の移動を制御するために使用できる。例えば、可撓性の細長いウェブ基材に配置されたＴＩＲスケール構造の使用は、ロールツーロール製造用途で特に有用である。図２Ｃ及び２Ｄは、ウェブの位置を示すために使用される構成要素が反射モード（図２Ｃ）及び透過モード（図２Ｄ）で作動するように配置されたときの、ウェブの移動を制御するシステムを示す。細長いウェブ２３５は、ロールから巻きほぐされてもよく、あるいは前の製造プロセスから送られてもよい。図２Ｃ及び２Ｄでウェブの位置を示すよう使用される構成要素は、図２Ｃ及び２Ｄのシステムがそれぞれ走査レチクル２４０を更に含むこと、及びデュアル光センサー２５０、２５５を有することを除き、図２Ａ及び２Ｂにそれぞれ示されるものと同様である。ウェブ２３５は、光源２１０、走査レチクル２４０、及び光センサー２５０、２５５の固定位置に対して移動している。
【００２６】
走査レチクル２４０は、レチクル窓２４１によってウェブ２３５に向けて送られた光の一部がレチクル２４０を通過できるように、ウェブ２３５から近距離に配置される。窓２４１の間のレチクル２４０の領域２４２は、光の一部を遮断する。
【００２７】
図１２Ａに示される別の実施形態では、１つ以上の光センサー２２０が「ロール上」に配置される。「ロール上」という語句は、本明細書で使用するとき、システム内のロールの１つに近接しており、光学スケール要素の付いたウェブの部分がロールと接触するとき、ウェブ上の１つ以上の光学スケール要素からの反射光を受け取るよう構成された、光センサーの位置を指すよう意図される。このような実施形態は、光センサーにより検出される信号に伴うことがあるノイズを最小限に抑えることで利点を提供できる。センサーが「ロール上にない」実施形態（例えば、図２Ａ〜２Ｄ）では、ウェブの振動自体が反射光のノイズを増加させることがある。図１２Ｂに示されるように、この代表的な実施形態の光源は、ウェブの上方に配置できる。本明細書には示されていないが、別の代表的な実施形態は、ロール自体に光源を有する透明ロールの使用を含むことができる。このような実施形態は、（前述したような）透過モードで作動する。
【００２８】
センサーがロール上にない実施形態（例えば、図２Ａ〜２Ｄに例示されたもの）は、光源とウェブとの間の空気間隙の利点を提供する。センサーがロール上にある実施形態では、空気間隙は必ずしも存在しない。このような実施形態では、存在しない空気間隙を補う変更を、ウェブ又はロールに加えることができるが、必ずしも必要ではない。
【００２９】
存在しない空気間隙を補償するためのこのような方法には、ロールの表面を変更することが挙げられる。必ずしもそうではないが、ロールは本質的に反射性であることが多い（例えば、ステンレススチール）。したがって、ロールはつや消し表面を有するよう製造されることができる。例えば、ロールの表面を反射性からつや消しに変更することにより、光学スケール要素（反射性）と相互作用する光線を、ロールと相互作用する光線からより簡単に識別できる。ロールの表面を変更する別の方法としては、ロールを異なる色にすることが考えられる。一実施形態では、ロールは暗色を有するよう製造されることができ、それによって（例えば）反射性のロールより光を多く吸収する。これらの代表的な方法は共に、２つの光線（光学スケール要素と相互作用する光線とロールと相互作用する光線）の間のコントラストを高めることができる。
【００３０】
失われた空気間隙を補う別の方法は、ウェブとロールとの間に空気間隙を生成することである。空気間隙は、生成されると、ウェブを通過してロールに反射する光を屈折させるよう機能すると考えられる。空気の（ウェブの構成材料に対する）屈折率により、ウェブを通過し、次に空気間隙を進み、ロールに反射し、再度空気間隙を進み、再度ウェブを通過した光は、光学スケール要素に反射した光とは異なる角度を有し、（関与したすべての構成要素の透過率に応じて）異なる強度を有するであろう。
【００３１】
ロールとウェブの裏側との間の空気間隙は、例えば、ロールとウェブとの間に間隙を生成して維持するようにウェブの裏側に構造を提供することで生成できる。図１３Ａは、このような間隙を生成する１つの代表的な方法を示す。図１３Ａでは、ウェブ２０５は、その他の例示されたウェブと同様に光学スケール要素２１５を含むが、更にロールとウェブ２０５との間に空気間隙を生成するよう機能する間隙構造体７１５も含む。
【００３２】
図１３Ｂは、ウェブとロールとの間に空気間隙を生成する別の方法を示す。この方法は、ウェブではなくロールを変更する。図１３Ｂに示されるように、ロールは、光学スケール要素２１５の位置でウェブとロールとの間に間隙を提供するよう機能する凹部７２０を含む。
【００３３】
図２Ａ〜２Ｄに示されるように、光センサー２５０、２５５は、センサー２５０、２５５の表面に到達する光を検出し、独立した出力信号を生成する。前述したように、ウェブ２３５が光源２１０及び光センサー２５０に対して移動しているとき、ＴＩＲスケール構造２１５により、光センサー２５０に到達する光の強度は正弦波形状に変調される。走査レチクルは、光センサー２５０、２５５に到達する光を更に変調するよう使用できる。走査レチクル２４０を使用すると、光センサー２５０、２５５における光の強度は、図３Ｂに示されるように、９０°位相偏移した２つの対称形の正弦波信号３２０、３３０に相当する。光センサー２５０、２５５の表面に到達する変調された光の強度を追跡する出力信号が、ウェブの位置を示すために、光センサー２５０、２５５により生成される。
【００３４】
光センサー２５０、２５５により生成された出力信号は、ウェブの位置を求めるようウェブ位置プロセッサ２６０により分析される。例えば、ウェブ位置プロセッサ２６０は、光センサー２５０、２５５に対するウェブ２３５の位置及び移動方向を求め得る。ＴＩＲスケール構造が適切に配置され、システムの位置指示構成要素に関連付けられている場合、クロスウェブ方向及びダウンウェブ方向の一方又は両方でウェブの位置を求め得る。この情報は、ウェブを移動させるウェブ送りシステム２３０を制御するために、ウェブ動作コントローラ２７０により使用される。
【００３５】
幾つかの実施形態では、ウェブの並進変位及び／若しくは角変位を検出するため、並びに／又はウェブパラメーターを求めるため、複数の光源及び／又は複数の光センサーが使用されることがある。複数のセンサーの組み合わせを使用するシステムは、信号の冗長性をもたらし、より堅牢なシステムを提供する。幾つかの実施形態では、エネルギーは、１より多いスケール構造、例えば約３〜２０の構造により変調される。センサーからの出力信号は、複数の構造により変調されたエネルギーを平均するか、ないしは別の方法で組み合わせてもよい。１つの構造、又は更には数個の構造が損傷したり、汚れで隠されたりしても、平均された出力信号はわずかに影響を受けるだけである。
【００３６】
スケール構造は、長手方向に配列された構造、横方向に配列された構造、又は長手方向及び横方向の両方に配列された構造の組み合わせを含んでもよい。図２Ｅ及び２Ｆに示されるように、一実施形態では、一式のスケール構造２３０が、長手方向の変位を測定するため、ウェブ２０５の上面２０７、下面２０６、又は両面２０６、２０７に配列されてもよい。光源及びセンサーの構成要素一式は、図２Ａ〜２Ｄに示されるように、長手方向のスケール構造２３０により変調されるエネルギーを検出し、かつウェブ２０５の長手方向の変位を示す信号、及び／又はその他のウェブパラメーターを測定するために使用できる信号を生成するよう構成される。図２Ｇ及び２Ｈに示される一実施形態では、一式のスケール構造２４０が、横方向の変位を測定するため、ウェブ２０５の上面２０７、下面２０６、又は両面２０６、２０７に配列されてもよい。光源及びセンサーの構成要素一式は、横方向のスケール構造により変調されるエネルギーを検出するよう構成され、またウェブの横方向の変位を示す信号、及び／又はその他のウェブパラメーターを測定するよう使用できる信号を生成するよう構成される。
【００３７】
図２Ｅ〜２Ｈに示されるスケール構造は、線状の三角プリズムであり、およそ数マイクロメートルを下限とする範囲のプリズムピッチ及びプリズム間距離を有していてもよい。この種のプリズムの簡便な寸法には、約４０μｍのプリズムピッチ及び約２０μｍのプリズム間距離が挙げられる。
【００３８】
長手方向及び横方向の両方のスケール構造、並びに対応する光源／センサーの組み合わせを使用すると、長手方向及び横方向のウェブの変位に加えて角変位も示すことができる。図２Ｉは、ウェブ２０５の上面２０７に配置された長手方向のスケール構造２３０及び横方向のスケール構造２４０の両方を有するウェブを示す。長手方向のスケール構造２３０及び横方向のスケール構造２４０は、ウェブ２０５の対向する面に配置されていても、ウェブの同一面に配置されていてもよい。長手方向の構造２３０及び横方向の構造２４０がウェブ２０５の同一面に配置される場合、これらは図２Ｉに示されるような格子状パターンを形成してもよい。長手方向及び横方向の構造は、図２Ｉに示されるように連結されていても、別個の連結されていないプリズムの代替パターンを含んでいてもよい。幾つかの実施形態では、格子状パターンは、複数の長手方向の構造の領域と複数の横方向の構造の領域とを交互に含んでいてもよい。
【００３９】
ウェブに配置された一体型のＴＩＲスケールを使用した連続的なウェブの位置の測定は、１つ又は多くの連続製造工程でパターン構造の付着中にウェブの移動を制御するために使用できる。例えば、本明細書に提示した本開示の実施形態に関して記載したＴＩＲスケールは、連続的なウェブの位置を示すために使用されてもよい。ウェブの位置の指示により、ロールツーロール製造プロセス中にウェブ上に付着ないしは別の方法で形成されたパターン構造の複数の層間で位置合わせが容易になる。本明細書に記載のスケールは、可撓性ウェブにパターン構造の連続層を形成するために複数の付着工程を必要とする、可撓性の多層電子機器又は光学機器の製造に特に有用である。ＴＩＲスケール構造は、例えば、曲げ半径が約１００ｍｍ未満、約５０ｍｍ未満、約２５ｍｍ未満、又は更には約５ｍｍ未満の可撓性ポリマーウェブ上に形成され得る。曲げ半径が小さいと、ロール製品としてＴＩＲスケールを製造できる。
【００４０】
更に、本明細書に記載の方法は、ウェブ処理中に一般に生じるウェブのひずみの変化を自動的に補うために使用されてよい。例えば、幾つかの実施形態では、スケール構造は、多層電子機器又は光電機器の形成に使用されるウェブパターン構造の第１層などの、ウェブパターン構造の層と実質的に同時にウェブ上に付着される。スケール構造及びウェブパターン構造の付着時に、パターン構造とスケール構造とで、ウェブが同じようにひずむ。この構成では、スケール構造は、次のプロセスでのウェブのひずみ量にかかわらず、第１層のウェブパターン構造の位置を正確に追跡するために使用されることができる。スケール構造は、次のプロセスでウェブでのひずみ量にかかわらず、第１層のウェブパターン構造の横方向の位置、長手方向の位置、及び／又は角回転を正確に追跡するよう使用されてもよい。
【００４１】
ウェブのひずみが増す（すなわち、ウェブが更に伸張する）と、スケール構造は、ウェブ上に形成された対応するウェブパターン構造と共に伸張する。この現象により、スケール構造は、ウェブ上に付着された構造の位置をより正確に追跡するために使用できる。本明細書の様々な実施形態に従って記載されたスケールを使用すると、ウェブが伸張しても、同時に又は続いて付着されるウェブパターン構造との正確な位置合わせを達成できる。可撓性ウェブの位置を示すためのスケール構造の使用に関する更なる詳細は（その態様は本開示の実施形態に関して使用され得る）、本出願と同時に出願された代理人整理番号第６２８５４ＵＳ００２号として識別される同一所有者の米国特許出願に提示されており、この特許出願はこの参照によって本明細書に組み込まれる。
【００４２】
ウェブの並進変位及び／又は角回転を示すことに加えて、又はその代わりに、スケールは、ウェブ、又はウェブを取り巻く周囲環境の、様々なパラメーターを測定するためにも使用できる。例えば、より詳細に後述するように、スケールは、温度、ウェブの弾性率、及び／又はウェブのひずみを測定するよう使用されてもよい。
【００４３】
図４Ａは、本開示の実施形態に従って、ＴＩＲスケールを使用して基材位置を示すプロセスを説明したフローチャートである。光は、ＴＩＲスケールが配置された基材に向けて送られる（４０１）。例えば、一実施では、スケール構造は、ウェブ上で長手方向に配列された一連の別個のプリズムを含んでもよい。長手方向に配列されたプリズムは、長手方向の変位を求めるよう測定できる光の変調のために構成される。別の実施では、スケール構造は、長手方向に配列された第１のプリズム一式と、横方向に配列された別のプリズム一式とを含んでいてもよい。長手方向及び横方向のプリズムは、ウェブの長手方向及び横方向の変位を求めるため光を変調するよう構成され、更にウェブの角回転を求めるために使用できる。
【００４４】
スケールのＴＩＲ構造は、基材に向けて送られた光を変調する（４０２）。変調された光は、光センサーにより検出され（４０３）、検出された光に基づいて基材の変位を示す出力信号が生成される（４０４）。この方法により、１つ以上のウェブの自由度（one more degrees of freedom of the web）が測定され得る。出力信号は、ウェブの長手方向の変位、横方向の変位、及び／又は角回転を連続的に示すことができる。
【００４５】
図３Ｂに関して前述したように、ウェブの位置の追跡に使用される信号は、正弦信号及び余弦信号を含んでもよい。正弦信号及び余弦信号により、ウェブの粗位置及び精密位置を有利に求め得る。図４Ｂは、本開示の実施形態に従って、ウェブの粗位置及び精密位置を求める方法を説明したフローチャートである。光は、ＴＩＲ構造が配置された基材に向けて送られる（４１０）。ＴＩＲ構造は、基材に向けて送られた光を変調する（４２０）。変調された光は光センサーにより検出され（４３０）、９０°位相偏移した第１及び第２の出力信号が生成される（４４０）。ウェブの位置が修正される（４５０）。位相偏移した出力信号の逆正接が計算され（４６０）、ウェブの粗位置及び精密位置を追跡するために使用される（４７０）。
【００４６】
前述したように、一体型スケールを有する可撓性の細長いウェブの使用は、ロールツーロール製造プロセスで使用するのに特に有利である。例えば、一体型スケールは、層状電子機器又は光学機器の形成などの、連続製造工程中に位置合わせを要する製造プロセスでウェブを位置決めする際に使用できる。本明細書に記載の一体型スケールを使用したウェブの位置決めは、低価格の電子機器回路、メモリ、標識（signage）、電子ペーパー、液晶（ＬＣＤ）若しくは有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）内蔵のディスプレイ、又はその他の用途の可撓性回路の製造に使用されてもよい。
【００４７】
図５Ａは、ロール製品５００として販売されてもよい一体型ＴＩＲスケール５１１を有するウェブ５０５の一部を示す。ＴＩＲスケール５１１は、長手方向（ダウンウェブ）の位置決めに使用されるよう配列されたＴＩＲ構造５１２及び横方向（クロスウェブ）の位置決めに使用されるよう配列されたＴＩＲ構造５１３の一方又は両方を含んでよい。長手方向の位置決めに使用されるＴＩＲプリズム５１２は、プリズムの軸線５１４がウェブの長手方向５１５とある角度（例えば、実質的に垂直）を成すよう配列される。横方向の位置決めに使用されるＴＩＲプリズム５１３は、プリズムの軸線５１６がウェブの横方向５１７とある角度（例えば、実質的に垂直）を成すよう配列される。ウェブ／スケールロール製品５００は、位置情報を提供してウェブ５０５上のパターン構造の形成を容易にするよう使用されるスケール５１１を使用した製造プロセスに使用できる。
【００４８】
別の方法としては、図５Ｂに示されるように、ロール製品５０１は、ウェブパターン構造５２０の第１層と共に一体型ＴＩＲスケール５１１を有する可撓性ウェブ５０６を含んでもよい。ＴＩＲスケール５１１は、ウェブパターン構造５２０の第１層と同時にウェブ５０６上に形成されてもよく、あるいはＴＩＲスケール５１１及びウェブパターン構造５２０は、別個の製造工程でウェブ５０６上に形成されてもよい。ウェブパターン構造５２０の第１層と共に一体型ＴＩＲスケール５１１を有するウェブ５０６の構成は、連続層の付着中にウェブ５０６の一時的又は恒久的な寸法変化を補うのに特に有用である。例えば、ポリマーウェブは、熱処理による物品の収縮又は膨張の長さを変化させる張力、及び／又は水若しくはその他の溶媒の吸収若しくは脱着をこうむりやすく、層同士の位置合わせが難しい。ＴＩＲスケール構造５１２、５１３及びウェブパターン構造５２０の第１層が同時に形成される場合、一体型ＴＩＲスケール５１１を使用した次工程の付着の位置合わせにより、ウェブ処理中に一般に生じるウェブのひずみの変化が自動的に補われる。ウェブのひずみが増す（すなわち、ウェブが更に伸張する）と、スケール要素は、ウェブ上に形成されたウェブパターン構造の第１層と共に伸張する。パターン構造５２０及びスケール構造５１２、５１３が形成時に同じ寸法変化を受けると、それによってスケール構造５１２、５１３はウェブ５０６上に付着されたパターン構造５２０の位置をより正確に追跡できる。幾つかの実施形態では、ウェブ５０５は、ウェブ５０５の片面に接着層５５５を含んでいてもよい。
【００４９】
図５Ｃに示されるように、幾つかの実施形態では、スケール部分５３０は、パターン構造を有するウェブの部分５０７から分離されることができる。スケール部分５３０及びウェブ部分５０７は、別個のロール製品として販売されてもよい。スケール部分５３０は、異なるウェブに取り付けて、本明細書に記載のウェブの位置決めに使用されることができる。図５Ｂに関して前述したように、スケール部分５３０及び／又はウェブ部分５０７は、接着剤５５５を含んでいてもよい。接着剤５５５は、例えば、スケール部分５３０を異なるウェブに取り付けるのに特に有用である。
【００５０】
可撓性材料に形成されたスケールは、ベース基材に取り付けられた場合に特に有用である。スケールを機械又はその他の基材に取り付けるときの１つの考慮点は、基材とスケールとで熱膨張係数（ＣＴＥ）が異なることである。例えば、非常に剛性の高いスケールを使用する場合、スケールは基材とは異なる割合で膨張するため、スケールは（ＣＴＥスケール−ＣＴＥ基材）×温度変化（デルタＴ）×スケール長により求められる異なる量で変化する。スケールの膨張が基材の膨張より小さい場合、スケールは引っ張られるため、比較的管理が簡単であり、常に直線になるであろう。しかしながら、スケールの膨張が基材の膨張より大きい場合、スケールは圧縮状態にあり、スケールを座屈させようとする（すなわち、スケールを平面から浮き立たせようとする）更なる力が生じる。生じる圧縮力は、λ（弾性率）×Ａ（面積）×ひずみである。
【００５１】
本開示の様々な実施形態に従って形成される可撓性スケールは、典型的に使用されるスチールスケールよりＣＴＥは約５倍高いが、弾性率はスチールスケールより約３００倍低い。正味の圧縮力は約６０倍小さい。したがって、本明細書に記載の可撓性スケールは、著しく座屈することなく基材に付着されることができ、スケールは基材の位置をより詳細に追跡できる。
【００５２】
ｘ／ｙ表示を与える角錐の方形アレイを有するプラスチック又はポリマー製スケールなどの、可撓性スケールを使用することにより、現在使用可能なスケールよりはるかに大きい可撓性スケールを製造することができる。例えば、１５２．４ｃｍ（６０インチ）以上の幅で数マイルの長さのスケールを製造することができる。
【００５３】
本明細書に記載の実施形態は、基材の変位を示すよう使用されるＴＩＲスケール構造を有する変位スケールを含む。これらのスケールは、基材の変位を示すよう使用されることができ、ウェブの長手方向（ダウンウェブ）の位置、横方向（クロスウェブ）の位置、及び／又は角変位を連続して追跡するのに有用である。加えて、又はその代わりに、スケール構造は、種々のウェブパラメーターの測定に使用することもできる。様々な実施形態で、温度、ひずみ、及び／又は弾性率などの、ウェブの寸法変化に依存するパラメーターが、スケール構造を使用して測定できる。
【００５４】
ある用途では、スケール構造は、ウェブ温度の変化を測定するよう使用されてもよい。ウェブ温度の変化δＴは、対応する寸法変化δＬＴを引き起こす。スケール構造及びセンサー回路は、寸法変化δＬＴを測定するために使用できる。ウェブ温度の変化δＴは、測定された寸法変化から算出できる。
【００５５】
スケール構造は、ウェブのひずみ、すなわちウェブを伸張させる力により生じる変形の量を測定するよう使用されてもよい。例えば、初期長Ｌのウェブがその長手方向（ｘ）軸線に沿って伸張されるとき、長手方向のひずみのみを考慮すると、ウェブの長さは、第１の長さＬ１から第２の長さＬ２へδＬだけ変化する。長手方向に伸張されたウェブの直線的なひずみεｘは、
【数１】
2010530544.tif 000003
により表される。ウェブの任意の点におけるｘ軸線に沿ったひずみは、軸線に沿った任意の点でのｘ方向の変位の差、すなわち
【数２】
2010530544.tif 000004
として表され得る。相対回転角又は剪断ひずみは、長手方向（ｘ）軸線及び横方向（ｙ）軸線の両方に沿った変形を考慮に入れる。ウェブの任意の点における相対回転角又は剪断ひずみは、
【数３】
2010530544.tif 000005
である。
【００５６】
長手方向（ｘ）及び横方向（ｙ）の両方に配列されたスケール構造は、対応するエネルギー源／センサーの組み合わせと共に、ウェブの長手方向及び横方向の変形を測定するために使用できる。これらの変形は、ｘ及びｙ軸線に沿った直線的なひずみ、並びに相対回転角又は剪断ひずみを計算するため使用されてもよい。
【００５７】
１つの用途では、測定されたウェブの変形は、弾性率を計算するため使用できる。弾性率は、
【数４】
2010530544.tif 000006
として計算できる。したがって、既知の力と前述のウェブのひずみの測定とを使用して、ウェブの弾性率を決定できる。
【００５８】
ＴＩＲスケール構造は、種々の技法により基材内又は基材上に形成され得る。例えば、スケール構造は、キャスト及び硬化プロセスにより基材上に付着ないしは別の方法で形成されてもよい。あるいは、スケール構造は、型押し、スクライビング、融除、転写、又はその他の技法により形成されてもよい。
【００５９】
ＴＩＲスケールを基材上に形成する方法には、凹版でスケールのＴＩＲスケール構造を含むローラーの使用が含まれる。例えば、ローラーは、図２Ｆ〜２Ｇに示されるスケール構造又はその他の構成の凹版のパターンを含んでいてもよい。長手方向及び横方向のスケール構造を使用する場合、ローラーは、長手方向及び横方向のスケール構造の同時形成をもたらすように構成されてよい。
【００６０】
ローラーは、基材と接触するかごく近接して保たれ、ローラーが回転してＴＩＲスケール構造を基材上に形成する。ＴＩＲ構造の形成に使用される材料は、基材上に付着されることができ、ローラーの回転により、基材上の材料でＴＩＲ構造が形成される。その代わりに、又はそれに加えて、材料は、ローラー上に付着され、その後、ローラーから基材に転写されて、構造が形成されてもよい。材料は、例えば、樹脂、成型性ポリマー、又はＵＶ若しくは熱硬化性材料などの硬化性液体を含んでいてもよい。
【００６１】
幾つかの実施例では、ローラーは、更に凹版のパターン構造を含んでいてもよい。ローラーが基材と接触するかごく近接して保たれ、ローラーが回転して、パターン構造がスケール構造と共に基材の表面上に同時に形成される。別の実施例では、第１及び第２のローラーが使用され、第１のローラーは凹版のスケール構造を含み、第２のローラーは凹版のパターン構造を有する。スケール構造及びパターン構造は、第１及び第２のローラーを使用して、基材上に同時に又は続いて形成されてもよい。
【００６２】
更に別の実施では、第１のローラーは、スケール構造及び第１のパターン構造一式を基材の表面上に形成するよう使用される。第２のローラーは、第２のパターン構造一式を、基材の反対面などの基材上に形成するよう使用される。この実施では、スケール構造は、ウェブの位置を求めるために使用され、第２のパターン構造一式を第１のパターン構造一式と位置合わせして形成することを容易にできる。
【００６３】
図６は、基材上にＴＩＲスケールを形成するために使用できる、凹版のＴＩＲ構造６１０を有するローラー６００の一部の側面図を示す。このローラーの寸法は、ローラーの図を簡単にするためかなり誇張されていることに留意すべきである。この例では、ＴＩＲ構造の頂点のピッチｐは約４０μｍであり、ＴＩＲ構造間の距離ｄは約２０μｍであるが、ｐ及びｄにはその他の値を使用してもよい。
【００６４】
図には示されていないが、ローラー６００は、更に凹版のパターン構造を含み得ることに留意すべきである。ローラーの運転により、本明細書に記載するように、ウェブ上にスケール構造及びパターン構造が同時に形成される。
【００６５】
図７は、基材７０５上にＴＩＲプリズム構造７２０を含むスケール７０１を形成するシステムを示す。システムは、凹版のＴＩＲスケール構造７１１を有するローラー７１０を含む。ローラー７１０は、基材７０５と接触するかごく近接した状態で回転されるよう構成される。ローラー７１０の回転により、基材７０５上にスケールのＴＩＲプリズム構造７２０が形成される。
【００６６】
幾つかの構成では、硬化性材料７４１が、ディスペンサー７４０から基材７０５の表面に分配される。ローラー７１０が回転し、材料７４１でＴＩＲプリズム構造が形成される。所望により、システムは、紫外線、熱、又は材料７４１を基材７０５上で硬化するその他の硬化エネルギーなどの、硬化エネルギーを放出するよう構成されたエネルギー源を有する硬化ステーション７５０を含んでもよい。
【００６７】
図８の図は、ＴＩＲスケール８０１を基材８０５に付着するシステムの別の実施形態を示す。この実施形態では、ローラー８１０は、凹版のＴＩＲスケール構造８１１及びパターン構造８１２の両方を含む。ローラー８１０が基材８０５と接触するかごく近接して回転することにより、ＴＩＲスケール構造８２０及びパターン構造８２１が基材８０５上に同時形成される。
【００６８】
図８に示される実施形態では、ＴＩＲプリズム８２０及びパターン構造８２１は、同じ材料８４１で形成される。ディスペンサー８４０は、材料８４１を基材８０５の表面に分配する。ローラーが回転して、材料８４１でＴＩＲプリズム構造が形成される。所望により、システムは、紫外線、熱、又は材料８４１を基材８０５上で硬化するその他のエネルギーなどの、硬化エネルギーを放出するよう構成されたエネルギー源を有する硬化ステーション８５０を含んでいてもよい。
【００６９】
幾つかの構成では、ＴＩＲスケール構造及びパターン構造の形成に使用される材料は異なっていてもよい。これらの構成では、別個の材料のディスペンサー及び／又は硬化ステーションを使用できる。
【００７０】
図９は、ウェブの両面に構造を含む両面ウェブ基材９１２を生成する例示システム９１０を示す。例えば、スケール及び第１のパターン構造一式は、ウェブの第１の面に形成され、第２のパターン構造一式は、ウェブの反対面に形成されてもよい。幾つかの構成では、システムは、第１及び第２のディスペンサー９１６、９２０、ニップローラー９１４、並びに第１及び第２の模様付きローラー９１８、９２４を含む。場合によっては、第１のディスペンサー９１６は、第１の押出成形ダイ９１６であってもよく、第２のディスペンサー９２０は、第２の押出成形ダイ９２０であってもよい。
【００７１】
例示の実施形態では、第１の材料９２２は、第１の模様付きローラー９１８と接触する前にウェブ表面に配置され、第２の材料９２８は、第２の模様付きローラー９２４と接触する前に反対側のウェブ表面に配置される。別の実施形態では、第１の材料は、第１の模様付きローラー上に配置され、及び／又は第２の材料は、第２の模様付きローラー上に配置される。これらの実施形態では、第１及び第２の材料は、模様付きローラーからウェブに転写される。
【００７２】
一実施では、第１の押出成形ダイ９１６は、第１の硬化性液層コーティング９２２をウェブ９１２の第１の表面に分配する。ニップローラー９１４は、第１の材料９２２を第１の模様付きローラー９１８に押し付け、ウェブの表面に構造を形成する。例えば、第１の模様付きローラー９１８は、ＴＩＲスケール構造及び第１のパターン構造一式が凹版で模様付けされている。場合によっては、ニップローラー９１４は、ゴムで被覆されたローラーであってもよい。ウェブが第１の模様付きローラー９１８とニップローラー９１４との間を通過すると、ＴＩＲプリズム構造及び第１のパターン構造一式が、ウェブ９１２の第１の表面上の第１の材料９２２に形成される。第１の材料９２２は、好適な硬化エネルギーを供給するエネルギー源９２６を使用して硬化される。場合によっては、エネルギー源９２６は、例えば約２００〜約５００ナノメートルの範囲の波長を有する光などの、紫外線を供給してもよい。
【００７３】
第２の硬化性液層９２８は、第２の押出成形ダイ９２０を使用してウェブ９１２の反対面にコーティングされる。第２層９２８は、凹版で第２のパターン構造一式が模様付けされた第２の模様付きローラー９２４に押し付けられる。ウェブ９１２が第１の模様付きローラー９１８と第２の模様付きローラー９２４との間を通過すると、第２のパターン構造一式が第２の層９２８に転写される。硬化プロセスが第２のコーティング層９２８で繰り返される。
【００７４】
幾つかの構成では、ウェブ９１２の第１面上のＴＩＲプリズムにより形成されたスケールは、ウェブの両面に形成された第１パターン構造一式と第２のパターン構造一式との間の位置合わせを提供するよう使用されてよい。
【００７５】
図１０は、第１の模様付きローラー１０４４及び第２の模様付きローラー１０４６のより詳細な図を提供する。第１の模様付きローラー１０４４及び第２の模様付きローラー１０４６は、図９に関して記載した模様付きローラー９１８、９２４の特定の実施形態と見なすことができる。第１の模様付きローラー１０４４は、凹版のＴＩＲスケール構造１０４２及び第１のパターン構造一式の両方を含む。第２の模様付きローラー１０４６は、第２のパターン構造一式１０５０を有する。
【００７６】
ウェブ１０３０が第１の模様付きローラー１０４４上を通過する際、ウェブ１０３０の第１面１０３２に付着された第１の硬化性液体が、第１の模様付きローラー１０４４上の第１の領域１０３６付近で、エネルギー源１０３４により供給された硬化エネルギーによって硬化されてよい。ＴＩＲスケール構造１０５４及び第１のパターン構造一式が、ウェブ１０３０の第１面１０４３上に形成され、液体が硬化される。
【００７７】
ＴＩＲスケール構造１０５４及び第１のパターン構造一式が形成された後、第２の硬化性液体１０５２が、ウェブ１０３０の第２面１０３８上に分配される。第２の液体１０５２が早まって硬化しないようにするため、第２の液体１０５２は第１のエネルギー源１０３４から隔離され、典型的には、第１のエネルギー源１０３４から放出されたエネルギーが第２の液体１０５２に当たらないよう第１のエネルギー源１０３４が配置される。望ましい場合には、硬化エネルギー源１０３４、１０４０は、それぞれの模様付きローラー１０４４、１０４６内に配置されることができる。
【００７８】
ＴＩＲスケール構造１０５４及び第１のパターン構造一式が形成された後、ウェブ１０３０は、第１のロール１０４４に沿って進行を続ける。ウェブ１０３０の移動は、先に付着されたＴＩＲスケールを使用して制御されてもよい。ウェブは、第１の模様付きローラー１０４４と第２の模様付きローラー１０４６との間の間隙領域１０４８に入るまで続けて移動される。次に、第２の液体１０５２が、ウェブの第２面上に配置され、第２の模様付きローラー１０４６によって第２のパターン構造一式が形成される。第２のパターン構造は、第２のエネルギー源１０４０により放出された硬化エネルギーによって硬化される。ウェブ１０３０が第１の模様付きローラー１０４４と第２の模様付きローラー１０４６との間の間隙１０４８を通過する際、この時点までに実質的に硬化されてウェブ１０３０に固着されたＴＩＲスケール構造１０５４及び第１のパターン構造は、ウェブ１０３０が間隙１０４８内に入って第２の模様付きローラー１０４６の周囲を移動し始める間、ウェブ１０３０がすべらないように拘束する。これにより、ウェブ１０３０の両面１０３２、１０３８に形成された構造間の位置合わせエラーの元となるウェブの伸張及びすべりが減少する。
【００７９】
第２の液体１０５２が第２の模様付きローラー１０４６と接触する間、ウェブ１０３０を第１の模様付きローラー１０４４で支持することにより、ウェブ１０３０の両面１０３２、１０３８に形成される構造１０５４と１０５６との間の位置合わせの程度は、第１の模様付きローラー１０４４の表面と第２の模様付きローラー１０４６の表面との間の位置関係に応じて決まる。第１の模様付きローラー１０４４と第２の模様付きローラー１０４６の周囲と、ローラーにより形成される間隙１０４８間とにおける、ウェブのＳラップにより、張力、ウェブのひずみの変化、温度、ウェブを挟む機械的構造により生じる微細なすべり、及び横方向の位置制御の影響が最小限に抑えられる。Ｓラップは、ウェブ１０３０を１８０°のラップ角で各ロールと接触した状態に保つことができるが、ラップ角は個々の要求に応じて増減され得る。本開示の実施形態に適用可能なウェブの両面に構造を形成する別の態様は、同一所有者の米国特許出願公開第２００６０２１０７１４号に記載されており、この参照によって本明細書に組み込まれる。
【００８０】
幾つかの実施例では、前の製造工程で形成されたＴＩＲスケールは、次の製造工程で基材の位置を制御するために使用できる。このような実施は図１１に示されているが、この図では、ＴＩＲスケール構造及びパターン構造は説明のためにかなり誇張されている。第１のディスペンサー１１０１は、材料の第１層１１１１を透明なウェブ１１０５の表面に付着させる。材料の第１層１１１１が付着されたウェブ１１０５は、凹版のＴＩＲスケール構造１１２１及び凹版の第１のパターン構造（図示なし）を有するローラー１１２０と接触する。ウェブ１１０５が第１の模様付きローラー１１２０と第１のニップローラー１１２５との間を通過する際、ウェブ１１０５上の材料の第１層１１１１にＴＩＲスケール構造１１２６及び第１のパターン構造（図示なし）が形成される。
【００８１】
ＴＩＲスケール構造１１２６を含むスケールが形成されると、スケールは次の処理工程でウェブ１１０５の位置を制御するために使用される。光源１１３０は、ＴＩＲスケール構造１１２６に向けて光１１３１を送る。光はＴＩＲスケール構造１１２６により変調される。変調された光は、ウェブの変位を示す出力信号を生成する光センサー１１４０により検出される。光センサー１１４０は、視野内のパターンにより変調された光を平均する。ウェブ位置プロセッサ１１５０は、光センサーの出力を使用してウェブの位置を求める。ウェブ動作コントローラ１１６０は、ウェブ位置プロセッサ１１５０からの情報を使用して、第１のパターン構造と第２のパターン構造との位置合わせを容易にするためにウェブ１１０５のダウンウェブ及び／又はクロスウェブ位置を制御する。
【００８２】
次の処理工程では、第２のパターン構造がウェブ上に形成される。例えば、第２のパターン構造１１７６は、ＴＩＲスケール要素１１２６が形成された表面とは反対側のウェブ表面に形成されてもよい。第２のディスペンサー１１０２は、材料の第２層１１１２をウェブ１１０５上に付着させる。材料の第２層１１１２が付着されたウェブ１１０５は、第２の模様付きローラー１１７０と第２のニップローラー１１７５との間を通過する。第２の模様付きローラー１１７１は、凹版の第２のパターン構造１１７１を含む。ウェブ１１０５が第２の模様付きローラー１１７１と第２のニップローラー１１７５との間を通過する際、第２のパターン構造１１７６が第２の材料層１１１２に形成される。エンコーダー（光源１１３０、ＴＩＲスケール１１２６及び光センサー１１４０）、ウェブ位置プロセッサ１１５０、並びにウェブ動作コントローラ１１６０を含む移動制御構成要素１１８０により、第１のパターン構造（図示なし）と第２のパターン構造１１７６との位置合わせが維持される。
【００８３】
別の所望の次処理工程も使用可能である。代表的な処理工程には、ウェブに付加した材料を硬化した後、より高い張力をウェブに加えることが挙げられる。同様に、別の代表的な処理工程には、付加した構造の硬化後にロールを被覆することが挙げられる。このような被覆は、ウェブ、及びウェブ上に形成された構造の更なる伸張を含むことができる。このような所望の処理工程は、構造の領域でウェブにかかる不均一な応力により生じるウェブの任意の収縮を最小限に抑えるのに有利であり得る。このような収縮は、ウェブを座屈させたり、小じわを形成したりすることがある。前述したような所望の工程により、起こり得る任意の座屈又はしわを最小限に抑えることができる。当業者は、この明細書を読めば、このような所望の処理工程の実施方法を理解するであろう。
【００８４】
任意の座屈又はしわを最小限に抑える別の方法には、ウェブの裏側に二次構造を使用することが挙げられる。代表的な構造の種類は、ウェブが座屈する傾向を打ち消す又は無にするであろう構造であると考えられる。このような構造の例は、図１２に見ることができる。図１２に示されるように、ウェブ２０５は、本明細書で裏側パターン構造１２１０と呼ぶより小さな構造体によって（この例示の実施形態では）側面に配置された光学スケール構造２１５を含む。
【００８５】
当業者は、この明細書を読めば、（図１２に例示された）裏側構造を含む、このようなウェブは、例えば、図１１に関して記載した代表的な方法に従って製造され得ることを理解するであろう。
【００８６】
本明細書に記載のＴＩＲスケールは、基材の両面に形成された構造の位置合わせ、ウェブの伸張制御、ウェブの進路操作、及び向上した変換操作を提供するエンコーダーを形成するために使用できる。ＴＩＲスケール構造は、高速で可撓性ウェブ上に製造されることができ、コーティングを必要とせずに機能する。したがって、ＴＩＲスケール構造は、第２のコーティング工程なしに、構造の形成直後にウェブの変位を求めるよう使用できる。
【００８７】
本開示の様々な実施形態を、例証及び説明の目的で上記に記載してきた。これは、包括的であることも、開示されたそのままの形態に本開示を限定することも意図するものではない。以上の教示を考慮すれば、多くの修正形態及び変形形態が可能である。本開示の範囲は、この詳細な説明によってではなく、本明細書に添付された特許請求の範囲によって限定されることが意図されている。
【図１Ａ】
2010530544.tif 000007
【図１Ｂ】
2010530544.tif 000008
【図２Ａ】
2010530544.tif 000009
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図２Ｉ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【国際調査報告】
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