Brevet FR2633418A1 — publié le 19891229

Procédé et appareillage de création d'images sur des objets tels que des cartes d'identification La présente invention se rapporte à un procédé de création d'images permanentes sur la surface d'un objet tel qu'une carte d'identification. Ce procédé vise en particulier la réalisation de documents nominatifs sur lesquels doivent être portés des signes d'identification inaltérables soit nominatifs (caractères alpha-numériques, signes codés, etc), soit figuratifs (photographies, dessins, etc). Ces signes doivent offrir des qualités de résolution et de contraste suffisantes pour permettre une identification sans équivoque; ils doivent en outre être stables et infalsifiables, ainsi que difficiles à imiter. De plus, les opérations de marquage doivent être rapides et peu coûteuses. Ces buts sont atteints grâce au procédé selon l'invention qui consiste à effectuer, à l'aide d'un faisceau laser, une attaque de la surface de l'objet, réalisé en un matériau homogène sujet à décomposition pyrolytique, qui cause, en chaque point d'impact, une dégradation locale par pyrolyse, visible et graduée, du matériau constitutif de l'objet, la position et l'intensité de l'impact du faisceau laser sur la surface de l'objet étant commandées en fonction de l'image particulière à créer. Il convient ainsi que l'image à créer soit reportée sur l'objet en contrôlant l'action du laser sur la surface de celui-ci de manière que chaque élément de surface prenne une nuance en relation avec la "valeur" (c'est-à-dire le degré d'intensité lumineuse) de l'élément correspondant de l'image à reporter. L'image peut être créée soit sous la forme d'un ensemble de points juxtaposés de nuances différentes, soit sous la forme d'un ensemble de lignes continues de nuance variable. Dans l'un ou l'autre cas, chacun des points discrets ou chaque portion des lignes devant traduire l'image se voit donner la nuance intermédiaire qui convient en fonction de son emplacement dans l'image. Le procédé permet ainsi de créer sur un objet une image résultant de l'association de points ou de lignes offrant différents niveaux de coloration ci-après désignés encore par niveaux de "gris" et pouvant reproduire, par leurs disposition et nuances, soit une image pré-existante (photographie, dessin), soit l'image d'un sujet (personnage, objet quelconque). Dans le cas d'une carte d'identification, le procédé permet de reporter sur celle-ci une image qui la personnalise, c'est-à-dire celle de son titulaire, et cela d'une manière indélébile et difficile à contrefaire, car l'image créée n'est pas superficielle comme l'est une épreuve photographique, mais, résultant d'une attaque en profondeur, pénètre dans l'épaisseur de la carte, et cela d'autant plus que la zone considérée est sombre, donc correspond à une forte intensité d'attaque par le faisceau laser. Lorsque l'objet à marquer est réalisé en un matériau qui, en se dégradant par décomposition pyrolytique, produit un dégagement gazeux, la dégradation causée par le faisceau laser peut être poussée à un degré tel qu'il se forme une intumescence locale en relief due à ce dégagement gazeux. Ainsi, chaque attaque ponctuelle de la surface de l'objet donne naissance à une petite excroissance, ce qui peut être mis à profit pour réaliser des signes ou motifs en reliefs, notamment des caractères d'écriture Braille. Il convient alors de recouvrir la surface de l'objet d'une pellicule transparente au rayonnement du laser utilisé, qui, en se déformant localement sous l'effet de l'intumescence tout en conservant son intégrité, forme une petite cloque à l'endroit de l'impact. L'usage d'une telle pellicule augmente la longévité des reliefs créés sur la surface de l'objet. On peut avantageusement choisir, comme matériau constitutif de l'objet, le polychlorure de vinyle (PVC) et comme laser, un laser à anhydride carbonique, qui émet un rayonnement infrarouge. Sous l'action d'un échauffement, le PVC se pyrolyse, avec élimination progressive de molécules d'acide chlorhydrique et noircissement concomitant, la nuance atteinte étant d'autant plus sombre que la pyrolyse est accentuée, donc que l'énergie thermique reçue est plus grande. Par ailleurs, l'intérêt du PVC tient à ce que c'est ce matériau, généralement chargé d'oxyde de titane, qui est universellement employé pour la réalisation des cartes de crédit, des cartes d'accès dans des endroits réservés ou de certaines cartes d'identité. Au cours du processus de création de l'image sur l'objet par pyrolyse locale et graduée de la surface de celui-ci, la position de l'impact du faisceau laser sur l'objet doit être variable suivant un mouvement de balayage. Cette position peut être commandée soit par déplacement de l'objet devant le faisceau laser fixe, soit par déviation du faisceau laser de façon que celui-ci effectue un balayage de la surface de l'objet fixe. Le degré d'attaque par pyrolyse en chaque point de l'image doit en outre être varié suivant la nuance qui convient pour ce point.A cet effet, on peut, pour chaque impact du faisceau laser, soit moduler l'intensité du faisceau laser en fonction du degré de décomposition désiré du matériau, la durée de tir du laser étant maintenue constante, soit faire varier la durée de tir du laser en fonction du degré de décomposition désiré, l'intensité du faisceau laser étant maintenue constante. En résumé, le procédé selon l'invention, qui ne met en oeuvre ni usinage ni gravure, fait appel à une transformation chimique ponctuelle qui est, dans le cas du PVC (matériau constitutif des cartes de crédit), une déshydrochloruration d'origine thermique entrainant la formation de doubles liaisons conjuguées. Le résultat de cette transformation locale graduée est une évolution d'aspect (pour le PVC, du blanc au noir en passant par différents jaunes et marrons), éventuellement avec formation d'une intumescence plus ou moins élevée, se traduisant par une gamme de "gris" et permettant de créer des images indélébiles. Le procédé peut trouver de nombreuses applications. Il permet de personnaliser de manière sûre, rendant très difficiles d'éventuelles tentatives de contrefaçon, toutes sortes de documents (cartes de paiement ou de crédit, cartes d'identité, cartes professionnelles, etc) par l'incorporation de données immuables telles que nom, adresse, numéro d'identification, portrait, etc. Il permet aussi d'inscrire sur des documents nominatifs des informations à caractère plus ou moins confidentiel. Par exemple, des données médicales (groupe sanguin, allergies, etc) peuvent être reportées, en clair ou sous forme codée, sur des cartes spécialisées pour, en cas de besoin, être relevées dans les établissements hospitaliers à l'aide d'appareils de lecture appropriés. L'invention a également pour objet un appareillage permettant de mettre en oeuvre le procédé défini ci-dessus. Cet appareillage comprend - un dispositif de stockage sous forme numérique d'images qu'il s'agit de reproduire sur les objets à marquer; - un laser émettant un faisceau susceptible de provoquer une décomposition pyrolytique visible et graduée du matériau constitutif des objets, auquel est associé un système optique de focalisation du faisceau sur la surface de ces derniers; - un dispositif de modulation du faisceau laser; - un dispositif assurant les déplacements relatifs du faisceau laser et de l'objet en cours de marquage; - et un dispositif de commande pilotant le fonctionnement des dispositifs précédents et comportant avantageusement un microordinateur. L'appareillage peut comprendre également un dispositif de numérisation d'images à reproduire sur les objets, de préférence autonome et utilisable indépendamment du reste de l'appareillage. Cet appareillage constitue un automate commandé, de préférence par micro-ordinateur programme, qui assure le guidage du déplacement du faisceau laser relativement à l'objet à irradier en vue de son marquage, ainsi que l'intensité et/ou la durée de l'action du faisceau laser en chaque point de l'objet. Ainsi peuvent être reportés très rapidement, en une phase opératoire unique, les ensembles de points ou de lignes représentant toutes les données à inscrire sur l'objet. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'exemples de réalisation non limitatifs. Les figures 1 et 2 représentent en plan une portion de carte d'identification comportant une image réalisée conformément au procédé selon l'invention, suivant deux modes respectifs. La figure 3 représente en coupe, à plus grande échelle, une portion de carte d'identification dans une variante de réalisation. La figure 4 représente schématiquement un appareillage selon l'invention de report d'images sur des cartes d'identification. Les figures Sa et 5b représentent schématiquement, dans deux situations de fonctionnement respectives, un atténuateur gradué pouvant être incorporé à l'appareillage de la figure 4. On voit sur la figure 1 une partie d'une carte d'identification 1 de type classique, constituée par une feuille rectangulaire de polychlorure de vinyle (PVC). Cette carte, formée d'une seule couche homogène dudit matériau, porte un marquage 2 (expérimental) composé par exemple d'un certain nombre de points 3 juxtaposés, plus ou moins foncés suivant une gamme de "gris" en correspondance avec une image donnée à reproduire sur la carte. Les points 3 sont réalisés par dégradation pyrolytique du PVC à l'aide d'un faisceau laser focalisé sur la carte en des positions successives et avec une intensité variable de façon à créer aux endroits voulus de la carte, par décomposition pyrolytique graduée du PVC, des taches plus ou moins foncées. La dégradation par pyrolyse du PVC est obtenue au moyen d'un laser à anhydride carbonique émettant un rayonnement infrarouge de longueur d'onde A = lu, 6 un. Sous l'action du rayonnement du laser, le PVC, initialement de teinte pâle (blanc ou crème) est pyrolysé localement et change de couleur; il devient successivement jaune pâle, jaune foncé, brun pâle, brun foncé, noir. La variation de nuance du PVC, qui s'opère de façon continue, vient de ce que ce matériau subit, sous l'action de la chaleur, une déshydrochloruration entraînant la formation de molécules d'acide chlorhydrique avec création de doubles liaisons qui se multiplient suivant la réaction (CH2-CHCl) n (CH2-CHCl) n i > (CH = CH)n(CH2-CHCl)m + n HCl L'apparition progressive de doubles liaisons conjuguées entraîne l'évolution indiquée ci-dessus de la nuance qu'offre le PVC. La figure 2 montre une variante dans laquelle les points 3 formés sur une carte 1 par irradiation laser présentent tous un même noircissement, les nuances de gris étant obtenues en jouant sur l'espacement des points. Ici, la décomposition pyrolytique n'est pas graduée; elle est effectuée par tout ou rien. Dans les exemples des figures 1 et 2, les points sont disposés en lignes parallèles. Toutes sortes d'autres dispositions, comportant une répartition des points de façon discrète en suivant des lignes de forme quelconque, seraient également envisageables. Par tailleurs, les points pourraient être remplacés par des lignes continues offrant un noircissement variable. La figure 3 montre une forme de réalisation dans laquelle on a exploité le phénomène d'intumescence qui accompagne la décomposition pyrolytique du PVC. Puisque la pyrolyse locale sous l'effet du faisceau laser (indiqué par des flèches) entraîne, comme on l'a vu, la formation d'acide chlorhydrique, lequel se dégage à l'intérieur d'une zone chauffée et visqueuse, il se forme, à partir d'un certain degré de dégradation, une intumescence locale 4 en relief qui peut être détectée au doigt et pourrait servir par exemple à la réalisation sur la carte de lettres en#Braiîle. Dans ce cas, on peut prévoir avantageusement, contrecollée sur la surface de la carte 1, une mince pellicule protectrice 5 faite d'une matière transparente au rayonnement du laser utilisé (pour une longueur d'onde de 10,6 un, le polyéthylène haute densité convient).A l'endroit de l'impact, le rayonnement traverse la pellicule 5 sans être absorbé, le PVC est pyrolysé, il chauffe et transmet sa chaleur par conduction à la pellicule; la décomposition pyrolytique entraîne la formation de HCl, une intumescence se forme, causant la déformation de la pellicule. On a alors à l'endroit de l'impact une petite excroissance dont le diamètre et la hauteur dépendent des conditions opératoires épaisseur de la pellicule, diamètre du spot, puissance du laser, durée du tir, etc. Comme le montre la figure 4, le procédé décrit peut être mis en oeuvre à l'aide d'un appareillage comprenant un laser 6 à émission continue dont le faisceau de sortie 6a va frapper une carte 1 via un dispositif de découpage 7, permettant d'interrompre l'irradiation au passage d'un point 3 à un autre, un dispositif de modulation 8, permettant de contrôler l'intensité du faisceau laser, et un objectif de focalisation 9 qui concentre le faisceau au point 3 à marquer sur la carte 1. Cette dernière est portée par un dispositif 10 tel qu'une table XY qui en assure les déplacements suivant deux directions perpendiculaires afin que le point de focalisation du faisceau laser puisse balayer la surface de la carte 1 ou doit être inscrite une image. Le fonctionnement de ces différents dispositifs est piloté par un micro-ordinateur li via une interface 12. Celui-ci pilote aussi un dispositif assurant le transfert de chaque carte 1 à marquer d'un paquet 13 de stockage de cartes vierges au dispositif 10 où a lieu son marquage, puis de ce dispositif à un paquet 14 de stockage des cartes marquées. En variante, on peut prévoir que la carte 1 à marquer reste fixe. Un dispositif 15 de déviation du faisceau laser (comportant par exemple deux miroirs tournants dont la rotation est commandée par deux moteurs) est alors utilisé, dont le fonctionnement est également commandé par le micro-ordinateur 11 de façon que le point de focalisation balaye la surface utile de la carte 1. Le micro-ordinateur 11 contient un fichier où sont mémorisées les images à inscrire sur les cartes 1. Ce fichier peut être établi à l'aide d'un clavier 16 pour les images constituées par des textes, ou, plus généralement, d'un système d'acquisition 17 permettant de les collecter et de les introduire dans le microordinateur sous forme numérique. A titre d'exemple, on a représenté une caméra électronique 18 capable de faire une prise de vue photographique d'un sujet 19; le signal vidéo qu'elle délivre, représentatif de l'image correspondante, est numérisé dans un dispositif 20 dont la sortie est reliée au micr#-ordinateur 11. Le résultat de la numération de l'image est le découpage de sa surface en NxN' petits éléments (N suivant la largeur et N' suivant la hauteur), et la mesure de l'intensité lumineuse correspondant à chaque élément.Cela se traduit par un tableau de valeurs correspondant aux coordonnées x, y desdits éléments associées aux niveaux z des gris mesurés en chacun d'eux. Ce tableau de valeurs peut être stocké sur une disquette, une bande magnétique ou un disque dur. En pratique, le système d'acquisition 17 est réalisé sous forme séparable du reste du matériel. On peut utiliser un laser à C02, monomode ou multimode, émettant à une longueur d'onde de 10,6 Um un faisceau continu dont la puissance, réglable, est de l'ordre de 2 à 20 W. Il convient que le laser choisi soit capable d'appliquer à la carte une énergie de densité égale à 100 mJ/mm2 au moins. Etant donné que le degré de coloration du PVC par dégradation pyrolytique est une fonction croissante de l'énergie surfacique reçue par la carte au point d'impact du faisceau laser, il faut moduler ce dernier afin d'obtenir les différents niveaux de gris " nécessaires à la réalisation d'une image donnée sur la carte 1. Pour une tache lumineuse de dimension déterminée formée sur la surface de la carte, l'énergie surfacique est proportionnelle à la puissance du faisceau laser et à la durée du tir, c'est-à-dire du temps d'irradiation pour chaque point 3 Le dispositif de modulation 8 est conçu pour jouer sur Ces paramètres. Il peut comporter un obturateur permettant d'ajuster, pour chaque point, la durée d'irradition en fonction du niveau de "gris" désiré. Il peut encore être équipé d'un jeu de diaphragmes 2i, par exemple au nombre de huit, comportant des orifices de surfaces différentes, dont chacun peut être interposé au choix, grâce à un organe d'actionnement 24 tel qu'un électro-aimant, sur le chemin du faisceau laser 6a de façon à atténuer celui-ci, pour chaque point 3, au degré qui convient en fonction de la nuance de gris du point homologue de l'image à reproduire sur la carte. En dehors des tirs, le faisceau laser est intercepté par un écran mobile 23, également actionné par un organe 24 (figure 5a). A chaque tir, l'écran 23 est escamoté (figure 5b) et le diaphragme 21a dans l'exemple représenté donnant le taux d'atténuation convenable pour le point correspondant de l'image à reporter sur l'objet est interposé sur le trajet du faisceau. Revendications 1. Procédé de création d'images permanentes sur la surface d'un objet tel qu'une carte d'identification, caractérisé par le fait qu'il consiste à effectuer, à l'aide d'un faisceau laser, une attaque de la surface de l'objet, réalisé en un matériau homogène sujet à décomposition pyrolytique, qui cause, en chaque point d'impact, une dégradation locale par pyrolyse, visible et graduée, du matériau constitutif de l'objet, la position et l'intensité de l'impact du faisceau laser sur la surface de l'objet étant commandées en fonction de l'image particulière à créer. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'image à créer est reportée sur l'objet en contrôlant l'action du laser sur la surface de celui-ci de manière que chaque élément de surface prenne une nuance en relation avec la "valeur" de l'élément correspondant de l'image à reporter. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'image est créée sous la forme d'un ensemble de points juxtaposés de nuances différentes. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'image est créée sous la forme d'un ensemble de lignes continues de nuance variable. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications t à 4, caractérisé par le fait que l'objet est réalisé en un matériau qui, en se dégradant par décomposition pyrolytique, produit un dégagement gazeux et que la dégradation causée par le faisceau laser est poussée à U-1 degré tel qu'il se forme une intumescence locale en relief due à ce dégagement gazeux. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la surface de l'objet est recouverte d'une pellicule transparente au rayonnement du laser utilisé, qui, en se déformant localement sous l'effet de l'intumescence tout en conservant son intégrité, forme une petite cloque à l'endroit de l'impact. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le matériau constitutif de l'objet est le polychlorure de vinyle (PVC). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le laser utilisé est un laser à anhydride carbonique. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la position de l'impact du faisceau laser sur l'objet est commandée par déplacement de l'objet devant le faisceau laser fixe. 10. Procédé selon 11 une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la position de l'impact du faisceau laser sur l'objet est commandée par déviation du faisceau laser de façon que celui-ci effectue un balayage de la surface de l'objet fixe. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que, pour chaque impact, on module l'intensité du faisceau laser en fonction du degré de décomposition désiré du matériau, la durée de tir du laser étant maintenue constante. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la modulation du faisceau laser est obtenue par interposition sélective de diaphragmes atténuant à des degrés divers. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que, pour chaque impact, on fait varier la durée de tir du laser en fonction du degré de décomposition désiré du matériau, l'intensité du faisceau laser étant maintenue constante. 14. Appareillage permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait qu'il comprend - un dispositif de stockage sous forme numérique d'images qu'il s'agit de reproduire sur les objets à marquer; - un laser (6) émettant un faisceau (6a) susceptible de provoquer une décomposition pyrolytique visible et graduée du matériau constitutif des objets (1), auquel est associé un système optique (9) de focalisation du faisceau sur la surface de ces derniers; - un dispositif (8) de modulation du faisceau laser; - un dispositif assurant les déplacements relatifs du faisceau laser et de l'objet en cours de marquage; - et un dispositif de commande (11, 12) pilotant le fonctionnement des dispositifs précédents. 15. Appareillage selon la revendication 14, caractérisé par le fait que le dispositif (8) de modulation de faisceau laser comprend un jeu de diaphragmes mobiles (21) comportant des orifices (22) de surfaces différentes, dont chacun peut être placé sur le trajet du faisceau laser (6a) par un dispositif d'actionnement (24). 16. Appareillage selon la revendication 14 ou 15, caractérisé par le fait qu'il comprend également un dispositif (20) de numérisation d'images à reproduire sur les objets. 17. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé par le fait que le dispositif de commande comprend un micro-ordinateur (11). 18. Carte d'identification portant une image créée conformément au procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 ou à laide de l'appareillage selon l'une quelconque des revendications 14 à 17.