Brevet FR2954978A1 — publié le 20110708

La présente invention concerne des dispositifs à effet optique variable. Les dispositifs sont en particulier appropriés pour une utilisation en tant que caractéristiques de sécurité dans des billets de banque et dans d'autres documents de valeur, mais peuvent aussi avoir une autre application, par exemple en tant que caractéristiques décoratives. Les dispositifs à optique variable sont couramment utilisés en tant que caractéristiques de sécurité. De tels dispositifs prennent souvent la forme de DOVD (diffractive optically variable device) ou dispositifs à effet optique variable à diffraction, qui ont une apparence de couleur distinctive et une apparence chatoyante ou miroitante du fait de l'apparition de différents ordres de diffraction pour différentes longueurs d'onde de lumière incidente lorsque l'angle d'observation ou d'illumination est modifié. D'autres dispositifs couramment employés reposent en revanche sur la réfraction. Par exemple, une matrice de portions entrelacées de plusieurs images à deux dimensions situées au niveau de foyers d'une matrice de microlentilles lenticulaires ou sphériques peut afficher des effets apparents de mouvement lorsque l'on fait varier l'angle d'observation. Les portions correspondant à chaque image sont visibles selon différents angles d'observation respectifs différents, si bien qu'il se produit une illusion de mouvement. Les dispositifs réfractifs de ce type peuvent aussi dans certains cas être réalisés pour produire une illusion de profondeur, en ajustant la longueur focale pour que l'image obtenue repose hors du plan du dispositif. Les dispositifs purement réfractifs de ce type présentent l'inconvénient d'augmenter significativement l'épaisseur d'un document de sécurité sur lequel ils sont appliqués, car l'épaisseur typique des lentilles nécessaires pour produire les effets désirés peut être de l'ordre de 50 microns ou plus, ce qui est aussi l'épaisseur typique par exemple d'un substrat de billet de banque. Il est par conséquent souhaitable de fournir un dispositif à effet optique variable alternatif, qui donne une impression de profondeur à une personne regardant le dispositif, mais qui n'ajoute pas de façon significative d'épaisseur à un document ou à tout autre article sur lequel le dispositif est appliqué. En conséquence, on fournit un dispositif à effet optique variable comprenant plusieurs éléments en relief appliqués sur une surface, dans lequel les éléments en relief génèrent de façon collective, par diffraction et/ou réfraction et/ou réflexion, une image d'un objet en trois dimensions. De préférence, les éléments en relief reposent sur ou près de lignes de contours sur la surface, les lignes de contours correspondant aux niveaux de hauteur et/ou de profondeur de l'objet. Les lignes de contours peuvent comporter des contours ouverts correspondant à une surface en deux dimensions de l'objet, les contours ouverts reposant sur un plan qui forme un angle par rapport à la surface du dispositif, si bien que l'image peut être vue en-dehors de l'axe. Cela a l'avantage particulier de fournir une caractéristique de sécurité supplémentaire immédiatement identifiable, car une personne qui regarde le dispositif s'attend normalement à ce que l'image en trois dimensions apparaisse sur l'axe mais ne verra pas l'image jusqu'à ce que le dispositif soit basculé pour s'éloigner de sa position sur l'axe. Il peut également être plus aisé d'appliquer des éléments en relief qui suivent des contours ouverts plutôt que fermés. Les éléments en relief peuvent comprendre un premier groupe d'éléments en relief qui sont visibles dans une première plage d'angles d'observation, et un second groupe d'éléments en relief qui sont visibles dans une seconde plage, différente, d'angles d'observation. De préférence, les première et seconde plages sont suffisamment proches l'une de l'autre pour produire un effet auto-stéréoscopique pour l'observateur. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, les éléments en relief sont des segments de rainures diffractives qui suivent essentiellement les contours. Cela présente des avantages importants par rapport aux structures diffractives connues en ce que lorsque l'on souhaite produire un effet en trois dimensions qui est achromatique ou qui est monochrome, les segments des rainures peuvent être modulés de façon à réduire ou éliminer les faux effets de diffraction. En particulier, le dispositif à effet optique variable comporte plusieurs éléments en relief appliqués sur une surface, les éléments en relief générant collectivement, par diffraction et/ou réfraction et/ou réflexion, une image d'un objet en trois dimensions, dans lequel les éléments en relief sont des segments de rainures diffractives, les segments reposant sur ou près des lignes de contours sur la surface, correspondant aux niveaux de hauteur et/ou de profondeur de l'objet. Chaque segment peut avoir une forme projetée sur la surface qui comprend au moins un bord droit. La forme projetée est de préférence essentiellement polygonale. Dans certains modes de réalisation, la forme projetée est un polygone régulier. Comme alternative, chaque segment peut avoir une forme projetée sur la surface, qui comprend au moins une section arquée. La forme peut être essentiellement circulaire, partiellement circulaire, elliptique ou partiellement elliptique. La dimension maximum de chaque élément en relief est de préférence inférieure à 60 microns, et de façon encore plus préférentielle inférieure à 10 microns. Cela fournit une structure en relief à bas profil qui apparaît en trois dimensions mais est au toucher en deux dimensions, ce qui augmente l'aptitude à l'identification du dispositif comme caractéristique de sécurité. Les formes projetées du premier groupe d'éléments en relief et les formes projetées du second groupe d'éléments en relief peuvent différer. Ainsi par exemple, les deux groupes peuvent produire des effets de diffraction et/ou de réflexion et/ou de réfraction différents, si bien qu'une première image en trois dimensions apparaît selon un angle de vue tandis qu'une seconde image en trois dimensions apparaît selon un autre angle de vue. Les espacements entre les segments adjacents et/ou les dimensions des différents segments individuels peuvent être modulés de façon aléatoire ou pseudo-aléatoire afin de garantir l'absence d'ordres de diffraction non souhaités dans l'image vue par l'observateur. Comme alternative, les espacements et/ou les dimensions des segments peuvent varier en fonction d'une fonction prédéterminée particulière des coordonnées spatiales des segments, par exemple une fonction harmonique ou périodique. Comme alternative à la modulation de l'espacement et/ou des dimensions des segments (ou en plus de celle-ci), leur position peut être décalée par rapport aux contours de la surface de l'image d'une distance prédéterminée. La distance prédéterminée peut être modulée de façon aléatoire ou pseudo-aléatoire, ou peut varier en fonction d'une fonction harmonique ou périodique. Dans un autre mode de réalisation préféré, l'espacement entre les segments et/ou les dimensions des segments peuvent être modulés dans au moins une région pour coder une image cachée. L'image cachée peut être visualisée en transposant un écran de décodage sur la région, au moins au nombre de une, et l'écran de décodage peut être un écran à points ou un écran à lignes. Dans un autre mode de réalisation encore, l'espacement entre les segments et/ou les dimensions des segments peuvent être modulés de façon à ce qu'au moins certaines régions du dispositif diffusent de façon diffuse. Cela entraîne le fait qu'au moins une partie de l'image donne à l'observateur une perception de rugosité de surface achromatique, et cela peut être avantageux en ce que cela permet de conférer à l'observateur une impression plus réaliste d'un objet en trois dimensions. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, le dispositif diffracte la lumière selon des angles qui s'écartent de l'ordre zéro pour produire l'image. Lorsque le dispositif produit une image essentiellement achromatique, cela donne encore une autre caractéristique de sécurité distinctive, car un observateur qui regarde le dispositif de sécurité supposerait normalement que l'image sera visible au niveau de ou proche de l'angle de réflexion spéculaire depuis la surface du dispositif plutôt que selon un angle oblique. L'invention concerne également un article, notamment document de sécurité. Le dispositif à effet optique variable peut être appliqué au moins partiellement dans une région à fenêtre ou à demi-fenêtre du document de sécurité. Certains modes de réalisation de l'invention seront maintenant décrits en faisant référence aux dessins annexés, parmi lesquels : les figures 1(a) à 1(c) montrent des documents de sécurité comportant des dispositifs optiques de sécurité qui produisent des images apparemment en trois dimensions ; la figure 2 montre un objet en trois dimensions correspondant à une des images de la figure 1, une carte de contour de l'objet en trois dimensions, et des éléments diffractifs en relief d'un dispositif optique de sécurité réparti le long des contours de deux façons différentes ; la figure 3 montre une image en trois dimensions qui est visible sur l'axe, et les contours et éléments en relief de la structure produisant l'image ; la figure 4 montre une alternative à la figure 3 dans laquelle l'image en trois dimensions est produite en-dehors de l'axe ; et la figure 5 montre un autre mode de réalisation d'un dispositif optique de sécurité produisant une image en trois dimensions par stéréoscopie. A la figure 1(a), on montre une coupe transversale d'un document de sécurité 10 qui comprend un substrat 20. Le substrat 20 peut être un matériau plastique transparent ou translucide, tel qu'un polypropylène à orientation biaxiale (BOPP). Des couches opacifiantes 25 sont appliquées de chaque côté du substrat 20 pour faciliter l'application de l'impression, par exemple des éléments imprimés 15 qui forment une partie d'un dénominateur ou autre indice. Les couches opacifiantes 25 sont omises sur un ou sur les deux côtés du substrat 20 dans les régions 28 afin de former une région à fenêtre ou demi-fenêtre transparente dans le document de sécurité. La fenêtre ou demi-fenêtre est elle-même une caractéristique de sécurité, mais la sécurité du document est améliorée par l'application d'un autre dispositif de sécurité partiellement ou entièrement au sein de la fenêtre ou demi-fenêtre. Par exemple, à la figure 1(b), seule la couche opacifiante supérieure 35 du document de sécurité 11 est partiellement omise, alors que la couche opacifiante inférieure 36 est appliquée sur toute la surface du substrat 20, formant de ce fait une demi-fenêtre 29. Un dispositif de sécurité 50 est ensuite appliqué sur la surface supérieure 22 du substrat, par exemple par un procédé de gaufrage, au sein de la demi- fenêtre 29. Le dispositif de sécurité peut être appliqué directement dans le substrat ou peut être appliqué sur une autre couche de matériau, par exemple une encre durcissable aux UV ou une couche de vernis-laque qui a été appliquée sur le substrat 20 dans la région de la demi-fenêtre. Lors de l'illumination du dispositif de sécurité 50 dans la direction 100, la lumière est diffractée, réfléchie ou réfractée dans les directions 102, 103 depuis les éléments en relief 60 du dispositif de sécurité 50, et une personne qui regarde le dispositif en mode de réflexion (à savoir depuis le même côté du substrat que la source lumineuse) selon l'un de ces angles voit une image 202, 203 d'un objet en trois dimensions. Les images 202 et 203 peuvent correspondre par exemple à des ordres de diffraction du dispositif de sécurité 50 qui ne soient pas l'ordre zéro. Il est aussi possible de produire une image dans la direction 100', correspondant à la direction de la réflexion spéculaire, à savoir une image d'ordre zéro. Comme alternative, un dispositif de sécurité 52 peut être formé dans une fenêtre entière 28, comme dans la figure 1(c), dans laquelle les couches opacifiantes 45, 46 sont partiellement omises sur les deux côtés du substrat 20 afin de former une région de fenêtre 28. Une personne regardant le document de sécurité 12 contenant le dispositif de sécurité 52 peut alors voir une image en trois dimensions 204 en mode de transmission (à savoir depuis le côté du substrat opposé à la source de lumière). Une image (non montrée) peut être formée dans la direction de l'axe 110, ou dans une direction en-dehors de l'axe 112. En faisant maintenant référence à la figure 2, l'objet en trois dimensions 201 est présenté divisé en tranches 212a-212e correspondant aux différents niveaux de hauteur de l'objet 201. Chaque tranche a une épaisseur prédéterminée, qui est de préférence de l'ordre de la longueur d'onde de la lumière qui doit être utilisée pour illuminer le dispositif de sécurité 50. L'objet en trois dimensions peut être un objet réel ou imagé (par exemple généré par ordinateur). Chaque contour 222a-222e de la carte de contours 230 de la surface à deux dimensions de l'objet 202 correspond à la base d'une des tranches 212a-212e. La carte de contours 230 peut être utilisée comme modèle pour le placement des éléments en relief 60 sur la surface supérieure 22 du substrat 20. Les éléments en relief 60 peuvent être des rainures diffractives continues suivant les contours 222a-222e, ou comme alternative peuvent être des rainures segmentées diffractives, réflectives ou réfractives 251, 261, 262. Les segments 251 du dispositif 250 et les segments 261, 262 du dispositif 260, présentés en projection dans le plan de la surface du substrat 22, ont une taille et un espacement variables. La modulation de l'espacement et de la largeur des segments évite ou réduit considérablement l'apparition d'ordres de diffraction non souhaités dans le cas dans lequel le dispositif fonctionne selon le procédé de diffraction, plutôt que selon une réflexion ou une réfraction. Par exemple, si une image essentiellement achromatique apparaissant dans le premier ordre est souhaitée, on préfère garantir que l'ordre zéro, deux, trois, etc. ne contribuent pas à gâcher l'apparence achromatique de l'image. Les segments 251 du dispositif 250 sont de forme essentiellement polygonale (rectangles, losanges, parallélogrammes, etc.) et reposent exactement ou presque exactement sur les contours 222a-222e (contours non présentés). Dans un autre dispositif 260, les segments 262 peuvent être décalés par rapport aux contours 222b-222e alors que d'autres segments 261 reposent le long du contour 222a. Les segments peuvent comporter des éléments non polygonaux de taille variable, par exemple des ellipses aplaties 262. Les espacements entre des segments adjacents le long du contour peuvent aussi être modulés tel que décrit précédemment. En faisant maintenant référence aux figures 3(a) à 3(c), on montre une image en trois dimensions 500 qui repose le long d'un plan 502 et présente une surface 501 ayant la forme fonctionnelle Z = f(x,y) = 0,125(cos(1,5706x)cos(1,5706y) + 0,667( cos(1,5706x) + cos(1,5706y) ) ), où les axes x, y et z sont orientés d'une façon générale tel que montré en référence 510. La surface du dispositif à effet optique variable est essentiellement parallèle au plan x-y. Une structure en relief 520 ayant un ensemble d'éléments en relief 521, 522, 523, 524 qui reposent sur ou près des contours fermés 505 de l'image produit l'image sur l'axe 500. Les éléments en relief peuvent être diffractifs, réflectifs ou réfractifs et peuvent prendre différentes formes, par exemple des ellipses partielles 521, des trapèzes 522, des anneaux partiels 523, des cercles partiels 524, etc. Si la surface 501 est pivotée d'un angle R dans le plan y-z tel que montré à la figure 4(a), l'image en trois dimensions 550 de l'objet apparaîtra à l'observateur lorsque le dispositif sera basculé en-dehors de l'axe d'un angle 3. La surface a maintenant la forme fonctionnelle Z = f(x,y) = tan(3)y +0, 125(cos(1,5706x)cos(1,5706y) + 0,667( cos(1,5706x) + cos(1,5706y)) ). Les contours ouverts 555 sur la surface du dispositif le long de laquelle les éléments en relief doivent être placés pour produire une telle image sont montrés à la figure 4(b). Les éléments en relief correspondant peuvent être de différentes formes et tailles, tel que montré à la figure 4(c), par exemple des trapèzes 561, des parallélogrammes 562, etc. Certains des éléments en relief sont décalés d'une petite distance par rapport à la ligne de contours correspondante afin de réduire l'effet de la diffraction parasite sur la luminosité et l'achromaticité de l'image. Par exemple, les éléments en relief 571, 572, 573 et 574 sont chacun décalés par rapport à la ligne de contours 570. La figure 5 montre un autre mode de réalisation dans lequel le dispositif optique de sécurité 600 est illuminé par une source lumineuse 610. Un premier groupe d'éléments en relief 621 diffracte, réfléchit ou réfracte la lumière dans une première direction 611 qui est vue par l'oeil gauche 601 d'un observateur. De même, la lumière est diffractée, réfléchie ou réfractée dans une seconde direction 612 par un second groupe 622 d'éléments en relief à observer par l'oeil droit 602. La différence entre les angles de vue 611, 612 est faible, si bien que l'effet net des structures diffractives 621, 622 est un effet auto-stéréoscopique, donnant à l'observateur l'impression que la portion de l'image combinée visualisée est située au niveau d'un point 640 placé à l'extérieur du plan 650 du dispositif 600. De façon similaire, d'autres régions des éléments en relief (non montrées) produisent un effet stéréoscopique en différents points pour reconstruire la surface d'un objet apparemment en trois dimensions 630. On admettra que différentes modifications des modes de réalisation précédemment décrits sont possibles. Par exemple, les deux groupes 621, 622 peuvent être réalisés de façon à produire des images selon essentiellement le même angle d'observation, mais avec différentes polarisations, par exemple des polarisations circulaires gauche et droite ou deux polarisations linéaires différentes. Une personne regardant le dispositif par une paire de lunettes dont les verres agissent comme des filtres de polarisation pour les deux polarisations différentes peut alors observer un effet en trois dimensions au moyen de la stéréoscopie (et non de l'auto-stéréoscopie). REVENDICATIONS1. Dispositif à effet optique variable comprenant plusieurs éléments en relief appliqués sur une surface, dans lequel les éléments en relief génèrent de façon collective, par diffraction et/ou réfraction et/ou réflexion, une image d'un objet en trois dimensions. 2. Dispositif à effet optique variable selon la revendication 1, dans lequel les éléments en relief reposent sur ou près des lignes de contours sur la surface, les lignes de contours correspondant aux niveaux de hauteur et/ou de profondeur de l'objet. 3. Dispositif à effet optique variable selon la revendication 2, dans laquelle les lignes de contours comportent des contours ouverts correspondant à une surface en deux dimensions de l'objet, les contours ouverts reposant sur un plan qui forme un angle avec la surface du dispositif, si bien que l'image peut être vue en-dehors de l'axe. 4. Dispositif à effet optique variable selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les éléments en relief comprennent un premier groupe d'éléments en relief qui sont visibles dans une première plage d'angles d'observation, et un second groupe d'éléments en relief qui sont visibles dans une seconde plage, différente, d'angles d'observation. 5. Dispositif à effet optique variable comportant plusieurs éléments en relief appliqués sur une surface, dans lequel les éléments en relief comprennent un premier groupe d'éléments en relief qui sont visibles dans une première plage d'angles d'observation, et un second groupe d'éléments en relief qui sont visibles dans une seconde plage d'angles d'observation, différente, les éléments en relief générant collectivement, par diffraction et/ou réfraction et/ou réflexion, une image d'un objet en trois dimensions. 6. Dispositif à effet optique variable selon la revendication 4 ou la revendication 5, dans lequel la première et la seconde plages sont suffisamment proches l'une de l'autre pour produire un effet auto-stéréoscopique pour l'observateur. 7. Dispositif à effet optique variable selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, ou selon la revendication 6 annexée à la revendication 4, dans lequel les éléments en relief sont des segments de rainures diffractives qui suivent essentiellement les lignes de contours. 8. Dispositif à effet optique variable comportant plusieurs éléments en relief appliqués sur une surface, les éléments en relief générant collectivement, par diffraction et/ou réfraction et/ou réflexion, une image d'un objet en trois dimensions, dans lequel les éléments en relief sont des segments de rainures diffractives, les segments reposant sur ou près des lignes de contours sur la surface, correspondant aux niveaux de hauteur et/ou de profondeur de l'objet. 9. Dispositif à effet optique variable selon la revendication 8, dans lequel chaque segment a une forme projetée sur la surface qui comprend au moins un bord droit. 10. Dispositif à effet optique variable selon la revendication 9, dans lequel la forme projetée est essentiellement polygonale. 11. Dispositif à effet optique variable selon la revendication 10, dans lequel la forme projetée est un polygone régulier. 12. Dispositif à effet optique variable selon la revendication 8, dans 15 lequel chaque segment a une forme projetée sur la surface qui comprend au moins un segment arqué. 13. Dispositif à effet optique variable selon la revendication 12, dans lequel la forme projetée est essentiellement circulaire, partiellement circulaire, elliptique ou partiellement elliptique. 20 14. Dispositif à effet optique variable selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la dimension maximum de chaque élément en relief est inférieure à 60 microns. 15. Dispositif à effet optique variable selon l'une quelconque des revendications 7 à 14 lorsqu'elle est annexée à la revendication 4 ou à la 25 revendication 5, dans lequel les formes projetées du premier groupe d'éléments en relief et les formes projetées du second groupe d'éléments en relief sont différentes. 16. Dispositif à effet optique variable selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, dans lequel l'espacement entre les segments et/ou les 30 dimensions des segments sont modulés de façon aléatoire ou pseudo-aléatoire. 17. Dispositif à effet optique variable selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, dans lequel l'espacement entre les segments et/ou les dimensions des segments sont modulés selon une fonction harmonique ou périodique. 35 18. Dispositif à effet optique variable selon l'une quelconque des revendications 7 à 13 lorsqu'elle est annexée à la revendication 2 ou à larevendication 3, dans lequel les segments sont décalés par rapport aux lignes de contours d'une distance prédéterminée. 19. Dispositif à effet optique variable selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, dans lequel l'espacement entre les segments et/ou les dimensions des segments sont modulés dans au moins une région pour coder une image cachée. 20. Dispositif à effet optique variable selon la revendication 19, dans lequel l'image cachée est observable en transposant un écran de décodage sur la région, au moins au nombre de une. 21. Dispositif à effet optique variable selon la revendication 20, dans lequel l'écran de décodage est un écran à lignes ou un écran à points. 22. Dispositif à effet optique variable selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, dans lequel l'espacement entre les segments et/ou les dimensions des segments sont modulés de façon à ce qu'au moins certaines régions du dispositif diffusent de façon diffuse, au moins une partie de l'image donnant une perception de rugosité de surface achromatique pour l'observateur. 23. Dispositif à effet optique variable selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif diffracte la lumière selon des angles qui s'écartent de l'ordre zéro pour produire l'image. 24. Article comportant le dispositif à effet optique variable selon l'une quelconque des revendications 1 à 23. 25. Article selon la revendication 24, dans lequel l'article est un document de sécurité. 26. Article selon la revendication 25, dans lequel le dispositif à effet 25 optique variable est appliqué au moins partiellement dans une région à fenêtre ou à demi-fenêtre du document de sécurité.