Brevet FR2497368A1 — publié le 19820702

La présente invention concerne d'une manière générale les reproductions permanentes ou stables réali- sées avec une échelle de gris et plus particulièrement les. reproductions permanentes d'images monochromes à demi- teintes. Les reproductions, telles que les tirages pho- tographiques et les épreuves basées sur un encrage, subis- sent une dégradation importante lorsqu'elles sont exposées à la lumière, à des températures extrêmes, à une corrosion chimique et aux agents biologiques actifs. Une altération importante de la qualité peut intervenir en quelques jours ou en quelques décades en fonction de la température ambiante. Lorsque de telles reproductions sont utilisées à l'extérieur, elles doivent être soit renouvelées pério- diquement, soit scellées ou renfermées de façon appropriée. En général ce scellage altère la qualité de l'image à mesure que l'intégrité de la fermeture étanche augmente, et n'empêche pas une dégradation photochimique et thermique. Une autre technique mieux connue de reproduction, fournissant une durée de vie accrue, est l'héliogravure utilisant un bloc matière. On peut reproduire des images d'une qualité limitée au moyen de l'estampage ou de la gravure chimique d'un matériau de fond métallique. Seule la gravure est utilisable pour de fins détails. Ni l'estam- page, ni la gravure ne sont compatibles avec des matériaux de fond réfractaires de sorte qu'il existe un compromis fondamental entre la qualité de l'image (par exemple la résolution) et la permanence ou stabilité dans cette technologie. En outre l'image est reproduite au moyen de variations de texture et par conséquent ne possède pas une véritable échelle de gris. Un objet principal de la présente invention est de fournir une reproduction améliorée qui possède à la fois une résolution élevée et une durée nettement améliorée dans des environnements hostiles. Un autre objet de la présente invention est de fournir une reproduction réalisée avec une échelle de gris d'une image monochrome à demi-teintes en utilisant des pellicules minces. Un autre objet de la présente invention est de fournir une reproduction permanente réalisée avec une échelle de gris d'une image à demi-teintes utilisant des pellicules minces. Un objet supplémentaire de la présente invention est de fournir une reproduction permanente réalisée avec une échelle de gris d'une image monochrome à demi-teintes avec un choix de couleurs en utilisant des pellicules minces. Sous le terme de "réfractaires", on désigne des matériaux ou substances minérales choisis pour leur stabi- lité ou permanence dans l'environnement prévu. Selon une forme de réalisation de l'invention, il est proposé de réaliser une image permanente ou stable comportant une région de fond en un métal réfractaire essentiellement réfléchissant, un matériau semi- conducteur ou céramique, portant une pellicule mince réfractaire, dichrotque qui est conformée de façon à cor- respondre à une image prédéterminée à demi-teintes. Grace à un choix approprié de l'indice de réfraction et de l'é- paisseur de la pellicule mince, qui est de préférence réa- lisée en un matériau isolaat transparent, il est possible de modifier la couleur monochrome. Le matériau de fond réfléchissant, qui peut être également utilisé en tant que support, fournit une reproduction observée selon le mode à réflexion avec un éclairage de face. Conformément à une autre forme de réalisation de l'invention, on réalise une image permanente comportant un matériau de base réfractaire essentiellement transparent, portant une pellicule mince réfractaire conformée de manière à correspondre à une image prédéterminée à demiteintes. Le matériau de fond transparent, qui peut également servir de support, permet une observation de la reproduction par éclairage à contre-jour selon le mode à transmission. Conformément à une autre forme de réalisation de l'invention, il est prévu une image permanente comportant un matériau de fond réfractaire portant des pellicules minces possédant deux épaisseurs différentes correspondant à une image à demi-teintes prédéterminée. Cette forme de réalisation permet de modifier la couleur de la région de fond. les objectifs, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre de formes de réalisation préférées de l'in- vention considérées en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente la variation du facteur de réflexion d'une couche formée d'une pellicule mince située sur un substrat essentiellement réfléchissant en fonction des indices de réfraction à la fois de la pelli- cule et du substrat; la figure 2 représente le déphasage interve- nant à travers la pellicule mince en fonction de son épais- seur, avec comme paramètre la couleur pour des indices spécifiés de réfraction; la figure 3 illustre l'obtention d'une échelle de gris au moyen de la technique des demi-teintes; los figures 4A et 4B sont des vues en coupe d'une forme de réalisation préférée de l'invention illus- trant un procédé de formation de l'image. Dans une photographie ou dans une reproduction encrée, l'image visible résulte du contraste entre les régions dans lesquelles la lumière incidente est absorbée par l'encre ou l'émulsion, et les régions de fond dans lesquelles la lumière incidente est réfléchie. La reproduc- tion conforme à la présente invention est basée sur le contraste produit par des effets d'interférence dans une couche formée d'une pellicule mince transparente et située sur un matériau de fond réfléchissant ou partiellement réfléchissant. En se référant à la figure 1, on y voit représenté le facteur de réflexion d'un tel ensemble com- biné pour trois indices de réfraction différents nS du matériau du fond en fonction de l'indice de réfraction n1 de la pellicule mince. La lumière réfléchie par la pelli- cule mince et la lumière transmise à travers cette pelli- cule et réfléchie par la région du fond se combinent en s'annihilant si le déphasage lors du double passage à tra- vers la pellicule est un multiple impair de 1 radians. La figure 1 représente la variation du facteur de réflexion dans le cas d'interférences soustractives>par exemple lorsque la pellicule est une lame quart-d'onde pour la longueur d'onde de l'observation. Au niveau de l'abscisse unité, le facteur de réflexion est celui de la région de fond et ce facteur augmente avec l'indice de réfraction de cette région. Lorsque l'indice de réfraction de la pelli- cule augmente, le facteur de réflexion diminue pour s'annu- ler lorsque ni = n'vs, ce qui correspond à une pellicule mince adaptée. Lorsque n1 dépasse ns, la réflexion produite par la pellicule mince augmente et il n'existe aucun dépha- sage au niveau de l'interface pellicule-fond. Dans ce cas il se produit des interférences additives pour une épais- seur de la pellicule égale au quart de la longueur d'onde. Comme cela sera décrit de façon plus détaillée ci-après, la couleur observée sera déterminée par les déphasages relatifs du spectre de lumière incidente. Comme on peut le voir sur la figure 1, un contraste approprié pour la reproduction d'images correspondant à des parties du fond exemptes de la pellicule mince (n1=l) par rapport à des parties recouvertes par la pellicule mince (n1 >1) peut être obtenu en recouvrant de façon sélective une région de fond possédant un facteur de réflexion élevé, par une pellicule quart-d'onde possédant un indice de réfraction inférieur à celui de la région de fond et étant de préférence adaptée à la région de fond (ce qui corres- pond au facteur de réflexion minimum de la figure 1). En se référant maintenant à la figure 2, on y voit représenté le déphasage en fonction de l'épaisseur de la pellicule pour le système nitrure de silicium sur sili- cium. La longueur d'onde est un paramètre; les couleurs primaires sont indiquées. Il se produit des interférences soustractives pour des multiples impairs de i radians (H lui-même correspondant à une pellicule quart-d'onde) et il apparaît des interférences additives pour des multiples pairs de f radians. La figure 2 fournit par conséquent des suggestions concernant les moyens de modifier la couleur dans une image monochrome. Par exemple si l'épaisseur de la pellicule est de 160 nanomètres, la pellicule sera sup-. pressive pour le bleu (3H) et additive pour le rouge (2n1), avec une certaine perte du vert, ce qui entraîne l'appari- tion d'un jaune de faible densité. Le vert et le rouge peu- vent être atténués (3H) pour des épaisseurs respectives d'environ 190 et 230 nanomètres afin de produire encore d'autres couleurs. La figure 2 suggère encore une autre possibilité. Pour ce système, il existe une dispersion relativement fai- ble soit pour a, soit pour 2 I radians. Ainsi une pellicule quart-d'onde sera très sombre et peut être utilisée en liaison avec la région-de fond seule ou avec une pellicule demi-onde pour produire une image en noir et blanc. En se référant maintenant à la figure 3, on y voit représentéel'obtention d'une échelle de gris au moyen du procédé des demi-teintes. On a représenté un réseau de points noirs possédant une densité uniforme sur un fond blanc; la surface de chaque carré occupé par les points noirs augmente de la gauche vers la droite. Si l'on rédui- sait la figure 3 au point que les points individuels ne pourraient plus être discernés par la résolution de l'oeil, il en résulterait un triplet de surfaces apparaissant sous la forme d'un gris lumineux, d'un gris moyen et d'un gris sombre. En combinant de telles surfaces avec des surfaces totalement blanches et totalement noires, on obtient une échelle de gris limitée par la résolution avec laquelle les points noirs peuvent être définis. En vue de cette application, le terme "échelle de gris" signifie une gamme de densités pouvant être obtenues avec deux couleurs quel- conques et n'est pas limité au noir et au blanc. On va décrire ci-après des formes de réalisation préférées de l'invention. En se référant aux figures 4A et 4B, on va décrire une partie d'une reproduction ainsi que sa formation. Sur la figure 4A, la référence 1 désigne la région de fond qui peut posséder une épaisseur suffisante pour fournir le support primaire pour la reproduction. Des matériaux appropriés pour la région de fond incluent les métaux, les semi-conducteurs et la céramique, en particu- lier le silicium, l'arséniure de gallium, l'alumine et le saphir. La région de fond possède une surface suffisamment lisse pour permettre le dépôt d'une pellicule mince et uniforme 3 sur la surface de la reproduction désirée. Cependant la surface devrait être suffisamment rugueuse pour supprimer l'effet de miroir qui altère la blancheur des régions fournissant une réflexion souhaitable, et réduit la valeur admissible des angles d'observation. Le matériau de fond possède de préférence un fini mat. La pellicule mince 3 possède une épaisseur comprise entre une longueur quartd'onde et plusieurs longueurs quart-d'onde dans le spectre désiré. Des pellicules minces typiques sont formées par des oxydes et des nitrures de métaux et dessemi-conducteurs et de préférence du monoxyde de sili- cium, du bioxyde de silicium, du nitrure de silicium, de l'oxyde de tantale, de l'oxyde de titane ou de l'alumine. Des épaisseurs utiles pour de tels matériaux sont comprises entre 50 et 1000 nanomètres. Sous réserve de l'uniformité d'épaisseur nécessaire, on pourrait utiliser presque n'importe quelle pellicule adaptée de façon pratique à la région de fond du point de vue de la couleur et du con- traste. Au-dessus de la pellicule mince 3 on forme une couche 5 en un matériau photosensible, que l'on soumet à une exposition en vue de réaliser une multiplicité d'ou- vertures 6 correspondant à l'image désirée incluant une image à demiteintes. La gravure effectuée par tout moyen approprié en utilisant la couche photosensible conformée en tant que masque fournit des ouvertures correspondan- tes 60 (voir figure 4B) dans la pellicule mince 3. Lorsque l'image est une image à demi-teintes, la surface des ouver- tures est proportionnelle à l'intensité locale de l'image. Bien que l'invention ait été représentée et décrite en particulier en référence à des formes de réali- sation préférées, les spécialistes de la technique compren- dront que des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'invention. Un grand nombre de ces variantes ont déjà été suggérées dans la première partie de la présente description, précédant la description pro- prement dite des formes de réalisation préférées. Bien que l'on ait décrit des matériaux particuliers pour leurs carac- tères appropriés connus pour réaliser la reproduction per- manente, on peut utiliser d'autres matériaux, sous réserve de leur compatibilité optique décrite précédemment et de l'exigence supplémentaire selon laquelle de tels matériaux soient réfractaires au sens o ils résistent aux condi- tions d'environnement envisagées. Ainsi, sans sortir du cadre de la présente invention, il est possible d'y appor- ter des modifications tant du point de vue de la forme que des détails, comme on le rappelle ci-après. Les reproductions permanentes conformes à la présente invention dépendent des effets d'interférences et de réfraction, aux endroits o une pellicule mince possé- dant une épaisseur égale à un nombre impair de quarts de longueur d'onde de la lumière d'observation recouvre les parties prédéterminées d'une région de fond possédant un indice de réfraction différent de celui de la pellicule mince. Comme cela est représenté sur la figure 1, sur laquelle n1= 1 correspond à l'absence de la pellicule mince, on choisit de préférence pour la région de fond un matériau possédant un facteur élevé de réflexion en fonc- tion de l'indice de réfraction n s. Pour une pellicule mince possédant une épaisseur égale à un multiple impair de quarts-d'onde et un indice de réfraction inférieur à celui d'une région de fond essentiellement réfléchissante, la réflexion fournie par les parties recouvertes par la pelli- cule mince peut être réduite au minimum. Comme cela a été explicité en particulier en référence à la figure 2, on peut modifier la couleur de la région de la pellicule mince en modifiant son épaisseur. Ainsi, dans un affichage réfléchissant analogue à celui de la figure 4, il est possible d'avoir une couleur essentiel- lement blanche pour la région de fond et une couleur mono- chrome (essentiellement noire ou l'une des couleurs d'une gamme de couleurs) pour les parties recouvertes par la pellicule mince. On peut modifier l'intensité des régions monochromes en les munissant de parties sous-jacentes réa- lisant une réflexion pour des zones situées en dessous du spectre visible (absence de pellicule mince) conformément à une image prédéterminée à demi-teintes. REVENDICATIONS 1. Reproduction permanente réalisée avec une échelle de gris, du type comportant une région de fond (1) en matériau réfractaire, caractérisée en ce qu'elle comporte une pellicule mince réfractaire (3) située sur des parties de ladite région de fond (1) en vue de produire, en coopération avec cette dernière, une image prédéterminée incluant une image à demi-teintes. 2. Reproduction permanente, selon la revendica- tion 1, caractérisée par le fait que la région de fond (1) est constituée en un matériau possédant un premier indice de réfraction, que la pellicule mince (3) est constituée en un matériau possédant un second indice de réfraction différent du premier indice de réfraction et situé sur des parties de la région de fond (1) en vue de produire, en coopération avec cette dernière, une image prédéterminée incluant une image à demi-teintes. 3. Reproduction permanente, selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la pellicule mince (3) possède au moins deux épaisseurs différentes. 4. Reproduction permanente, selon l'une quelcon- que des revendications l à 3, caractérisée en ce que la région de fond (1) est essentiellement transparente. 5. Reproduction permanente, selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la région de fond (1) est essentiellement réfléchissante. 6. Reproduction permanente, selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la pellicule mince (3) est constituée par une couche disposée sur la région de fond (1) et qui contient plusieurs ouver- tures (60) dont les dimensions sont proportionnées à l'in- tensité locale de l'image prédéterminée. 7. Reproduction permanente, selon l'une quelcon- que des revendications l à 6, caractérisée en ce que la région de fond (1) comporte un dispositif morphologique de surface destiné à modifier son facteur de réflexion. 8. Reproduction permanente, selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la pellicule mince (3) comporte un isolant essentiellement transparent. 9. Reproduction permanente, selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la pellicule mince (3) possède une épaisseur comprise dans la gamme de 50 à 1000 nanomètres. 10. Reproduction permanente, selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le matériau de fond (1) est choisi parmi le groupe comprenant le silicium, le germanium, l'arseniure de gallium, le saphir et l'alumine. 11. Reproduction permanente, selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le matériau de pellicule mince (3) est choisi parmi le groupe comprenant le nitrure de silicium, le monoxyde de silicium, le bioxyde de silicium, l'alumine, l'oxyde de tantale et l'oxyde de titane. 12. Procédé pour former une reproduction perma- nente réalisée avec une échelle de gris, du type consis- tant à utiliser une région de base (1) en un matériau réfractaire, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une pellicule mince réfractaire (3) sur des parties dudit matériau pour obtenir, en coopération avec ces dernières, une image prédéterminée incluant une image à demi-teintes. 13. Procédé pour former une reproduction perma- nente, selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il consiste à prévoir pour la région de fond (1) un matériau possédant un premier indice de réfraction et à former ladite pellicule mince (3) de manière qu'elle possède un second indice de réfraction différent du premier indice de réfraction, sur des parties du matériau de la région de fond (1) en vue de produire en coopération avec cette dernière une image prédéterminée incluant une image à demi- teintes. il 14. Procédé pour former une reproduction, selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce qu'il consiste à former la pellicule mince réfractaire (3) cor- respondant à l'image à demi-teintes sur le matériau de la région de base (1).