Brevet FR2983318A1 — publié le 20130531

[0001] La présente invention concerne des dispositifs diffractants et des procédés pour leur inspection et leur fabrication. L'invention peut être appliquée à la sécurisation de billets de banque ou autres pour lutter contre la contrefaçon. Il est également à noter que l'invention peut être appliquée à d'autres contextes. [0002] Eléments Optiques Diffractants (DOE) : Tel qu'il est utilisé ici, le terme d'élément optique diffractant désigne un élément optique diffractant (DOE) de type numérique. Les éléments optiques diffractants (DOE) de type numérique font appel à la projection de données complexes qui reconstruisent, en champ lointain (ou dans un plan de reconstruction), un diagramme d'intensité bidimensionnel. Ainsi, lorsque de la lumière sensiblement collimatée, provenant par exemple d'une source de lumière ponctuelle ou d'un laser, est incidente sur le DOE, un diagramme d'interférence est généré, celui-ci produisant une image projetée dans le plan de reconstruction qui est visible lorsqu'une surface de visualisation appropriée est placée dans le plan de reconstruction ou lorsque le DOE est vu en transmission au niveau du plan de reconstruction. La transformation entre les deux plans peut être déterminée de manière approximative par une Transformée de Fourier Rapide (FFT, Fast Fourier Transform). Ainsi, des données complexes comprenant des informations d'amplitude et de phase doivent être codées physiquement dans la microstructure du DOE. Ces données de DOE peuvent être calculées en calculant une transformation FFT inverse de la reconstruction souhaitée (c'est-à-dire le diagramme d'intensité souhaité en champ lointain). [0003] Les DOE sont parfois désignés sous le nom d'hologrammes générés par ordinateur, mais ils diffèrent d'autres types d'hologrammes tels que les hologrammes en arc-en-ciel, les hologrammes de Fresnel et les hologrammes de réflexion en volume. [0004] Document de sécurité: tel qu'il est utilisé ici, le terme de document de sécurité couvre tous les types de documents, jetons de valeur et documents d'identification, parmi lesquels, sans aucune limitation : des articles de monnaie, tels que des billets de banque et des pièces de monnaie, des cartes de crédit, des chèques, des passeports, des cartes d'identité, des titres et des certificats d'actions, des permis de conduire, des actes de titres, des documents de voyage tels que des billets d'avion et de train, des cartes et des tickets d'entrée, des certificats de naissance, de décès et de mariage, et des relevés de notes académiques. [0005] Fenêtres Transparentes et Demi-Fenêtres : Tel qu'il est utilisé ici, le terme de fenêtre désigne une zone transparente ou translucide du document de sécurité par comparaison à la région sensiblement opaque sur laquelle une impression est appliquée. La fenêtre peut être entièrement transparente, de telle manière qu'elle permette la transmission de lumière sans notablement l'affecter, ou peut être partiellement transparente ou translucide en permettant la transmission partielle de lumière mais sans permettre une vision nette d'objets à travers la zone de fenêtre. [0006] Une zone de fenêtre peut être formée dans un document de sécurité polymère qui comporte au moins une couche de matériau polymère transparent et une ou plusieurs couches d'opacification appliquée(s) sur au moins une face d'un substrat polymère transparent, en omettant au moins une couche opacifiante dans la région formant la zone de fenêtre. Si des couches opacifiantes sont appliquées sur les deux faces d'un substrat transparent, il est possible de former une fenêtre entièrement transparente en omettant les couches opacifiantes des deux faces du substrat transparent dans la zone de fenêtre. [0007] Une zone partiellement transparente ou translucide, désignée ci-après sous le nom de « demi-fenêtre », peut être formée dans un document de sécurité polymère présentant des couches opacifiantes sur ses deux faces en omettant les couches opacifiantes sur une seule face du document de sécurité dans la zone de fenêtre, de telle sorte que la « demi-fenêtre » ne soit pas entièrement transparente, mais laisse passer une certaine quantité de lumière sans permettre de voir nettement les objets à travers la demi-fenêtre. [0008] En variante, il est possible de former des substrats à partir d'un matériau sensiblement opaque, tel que du papier ou un matériau de papier ou fibreux, un insert de matière plastique transparente étant inséré dans une découpe ou un évidement ménagé dans le papier ou le substrat fibreux afin de former une fenêtre transparente ou une zone de demi-fenêtre translucide. [0009] Couches opacifiantes : Une ou plusieurs couches opacifiantes peut ou peuvent être appliquée(s) à un substrat transparent pour augmenter l'opacité du document de sécurité. Une couche opacifiante est telle que LT Lorsque le disque porte-filtres 45 tourne en face de la source de lumière blanche polychromatique 43, le faisceau 51 dirigé vers la fenêtre 12 du document à une position proche du dispositif diffractant ou DOE change séquentiellement de couleur entre les trois couleurs différentes des filtres optiques 46, 47 du disque porte-filtres. Cela conduit à des faisceaux monochromatiques structurés successifs 17, 18, 19 de trois couleurs différentes produits séquentiellement lorsque le faisceau 51 est réfléchi par la couche réfléchissante 22 à travers le DOE 11. Chaque faisceau structuré 17, 18, 19 produit tour à tour une image partielle projetée 170, 180,190 d'une couleur différente dans le plan de reconstruction 100. Ici encore, comme sur la figure 4, la fréquence de rotation du disque porte-filtres 45 est choisie de manière à ce que l'observateur voie une image multicolore 110 formée par les trois images partielles superposées 170, 180, 190 du fait de l'effet de rétention d'image résiduelle de l'oeil humain. [0075] Un procédé de fabrication préféré d'un dispositif diffractant conforme à l'invention est décrit ci-après. [0076] L'image artistique originale sous forme d'une image d'entrée multicolore correspondant à l'image de sortie multicolore requise produite par le dispositif diffractant final est tout d'abord décomposée en les images partielles rouge, verte et bleue (RGB) à partir de l'image colorée d'origine, par des techniques reprographiques classiques utilisées pour créer des images multicolores à niveaux multiples dans l'industrie de l'impression. [0077] Pour chacune de ces trois images partielles, une transformée de Fourier est réalisée et utilisée pour construire une structure de phase tridimensionnelle destinée à un élément optique diffractant (DOE) correspondant à chaque image partielle, au moyen de techniques connues (on se réfèrera à Digital Diffractive Optics, auteurs Bernard Kress et Patrick Meyrueis, Wiley, ISBN réf. 0471984477). [0078] Une séquence de mosaïques est produite pour chaque DOE et celles-ci sont entrelacées les unes avec les autres selon un motif répété avec une taille de mosaïque supérieure à la taille du point lumineux de la source de lumière utilisée pour éclairer la structure. [0079] Ces structures sont ensuite reproduites afin de créer une lame métallique maîtresse par une méthode couramment utilisée pour produire des structures diffractantes à relief de surface telles que des hologrammes (Dispositifs Diffractants Optiquement Variables (DOVD)). [0080] Cette lame maîtresse est ensuite dupliquée en une lame de production en la recombinant plusieurs fois à des positions qui correspondent sur la lame à la position finale souhaitée sur le document de sécurité fini. Ici encore, ce processus est bien documenté et est connu de l'homme du métier. [0081] Les structures diffractantes sont ensuite dupliquées sur le document de sécurité au moyen d'un processus de gaufrage, par exemple de gaufrage à chaud, ou de gaufrage dans une encre durcissable aux UV. [0082] Pour éviter que ces structures soient facilement dupliquées, il est alors recommandé de les recouvrir d'une couche ayant un indice de réfraction suffisamment élevé pour que le dispositif puisse être entièrement noyé dans une couche de polymère de recouvrement. Cela peut être effectué par un processus en deux étapes lors duquel la couche de fort indice de réfraction est tout d'abord appliquée, puis une deuxième couche plus épaisse est appliquée de manière à noyer totalement les structures. En variante, un résultat identique peut être obtenu en une seule étape en utilisant un processus d'incorporation consistant à appliquer de la même manière une couche de polymère ayant des propriétés intrinsèques d'indice de réfraction élevé ou une couche composite de polymère et d'oxyde de métal. [0083] En variante, les lames peuvent être utilisées pour créer une feuille d'estampage à chaud dans laquelle le dispositif est transféré comme résultat d'un processus d'estampage à chaud. Dans ce cas, la structure de la feuille d'estampage à chaud est de préférence recouverte d'un matériau à fort indice de réfraction étant donné que l'image doit être vue en transmission. Un matériau convenant à cet effet peut être le sulfure de zinc, qui peut être appliqué par dépôt sous vide. En variante, un revêtement de fort indice de réfraction, par exemple à base de matériau polymère contenant des particules d'oxyde métallique d'échelle nanométrique ou des polymères à fort indice de réfraction, peut être appliqué. [0084] Les figures 6 et 7 représentent un document de sécurité auto-vérificateur 60 comportant un dispositif diffractant ou DOE 61 dans une première fenêtre 63 du document et un élément de vérification 62 dans une deuxième fenêtre 64 à une position latéralement espacée du document. Le document de sécurité 60 est sous la forme d'une feuille souple unique, telle qu'un billet de banque. [0085] L'élément diffractant ou DOE 61 comporte une pluralité de segments ou pixels diffractants dont chacun est sensible à une lumière de longueur d'onde différente, comme décrit précédemment. [0086] L'élément de vérification 62 se trouvant dans la deuxième fenêtre présente une pluralité de segments de filtrage optique 65, de préférence trois, dont chacun est conçu pour produire une lumière à une longueur d'onde différente lorsqu'il est éclairé par une source de lumière polychromatique 70. [0087] La figure 7 représente un document de sécurité auto-vérificateur de la figure 6 lors de l'utilisation, le document de sécurité étant replié autour d'une ligne de pliage 66 afin que la source de lumière polychromatique 70, l'élément de vérification 62, le DOE 61 et l'oeil 72 d'un observateur 74 soient tous alignés. La lumière polychromatique 71 provenant de la source 70 passant à travers l'élément de vérification 62 est convertie par les segments de filtrage optique 65 en des faisceaux séparés de lumière monochromatique sensiblement collimatée à des longueurs d'onde différentes. Ces faisceaux sont dirigés vers le DOE 61 et sont transformés par le DOE en des faisceaux structurés qui se chevauchent et ont pour effet, au niveau de l'oeil 72 de l'observateur, de produire une image virtuelle multicolore 76 correspondant à l'image multicolore stockée dans le pixel du DOE. [0088] Les segments de filtrage optique 65 peuvent être des filtres colorés, tels que des filtres colorés formés par impression de diverses encres colorées sur la fenêtre de vérification 62. En variante, ils peuvent être formés sous forme de filtres d'interférence ou de filtres holographiques. [0089] II ressort de ce qui précède que l'invention fournit non seulement un nouveau type de dispositif de sécurité diffractant permettant de produire une image multicolore donnant difficilement lieu à la contrefaçon, mais également un procédé et un appareil permettant de visualiser et d'inspecter le dispositif de sécurité, et un procédé de fabrication difficilement reproductible par le contrefacteur moyen. REVENDICATIONS: 1. Procédé de visualisation ou d'authentification d'un dispositif diffractant comprenant une première structure diffractante en relief sensible à une première longueur d'onde de lumière monochromatique visible, une deuxième structure diffractante en relief au moins partiellement entrelacée avec la première structure en relief et sensible à une deuxième longueur d'onde de lumière monochromatique visible, et une troisième structure diffractante sensible à une troisième longueur d'onde de lumière chromatique visible et au moins partiellement entrelacée avec les première et deuxième structures diffractantes en relief, le procédé comprenant les étapes consistant à : éclairer le dispositif diffractant au moyen d'un premier faisceau de lumière monochromatique visible à la première longueur d'onde afin de produire une première image partielle d'une première couleur dans un plan de reconstruction, éclairer le dispositif diffractant au moyen d'un deuxième faisceau de lumière monochromatique visible à la deuxième longueur d'onde afin de produire une deuxième image partielle d'une deuxième couleur dans le plan de reconstruction, et éclairer le dispositif diffractant au moyen d'un troisième faisceau de lumière monochromatique visible à la troisième longueur d'onde afin de produire une troisième image partielle d'une troisième couleur dans un plan de reconstruction, les première, deuxième et troisième images partielles se chevauchant au moins partiellement dans le plan de reconstruction afin de former une image multicolore. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les étapes d'éclairement sont effectuées simultanément. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les étapes d'éclairement sont effectuées en séquence. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les étapes d'éclairement sont effectuées cycliquement. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les étapes d'éclairement sont effectuées à une fréquence de 24 Hz ou plus. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les première, deuxième et troisième couleurs des images partielles correspondent à trois couleurs de l'image multicolore d'entrée. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les trois couleurs sont des couleurs primaires ou secondaires. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la totalité de l'image multicolore est formée par des couleurs additives. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les couleurs sont projetées de manière à ce qu'elles soient incidentes dans un espace de projection distinct afin de créer la gamme de couleurs dans l'image multicolore par création de grisés. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant l'étape consistant à comparer l'image multicolore à une image de référence afin d'authentifier le dispositif diffractant. 20 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, lorsqu'il est utilisé pour visualiser ou authentifier un document de sécurité. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, lorsqu'il est utilisé pour visualiser ou authentifier un billet de banque. 25 13. Dispositif de sécurité diffractant, comprenant un substrat transparent, une première structure diffractante en relief disposée dans ou sur le substrat transparent et sensible à une première longueur d'onde de lumière visible, 30 une deuxième structure diffractante en relief au moins partiellement entrelacée avec la première structure en relief dans ou sur le substrat transparent et sensible à une deuxième longueur d'onde de lumière visible, une troisième structure diffractante en relief au moins partiellement entrelacée avec les première et deuxième structures en relief dans ou sur le 35 substrat transparent et sensible à une troisième longueur d'onde de lumière visible, 15dans lequel, lorsqu'elles sont éclairées, la première structure diffractante en relief produit une première image partielle d'une première couleur dans un plan de reconstruction, la deuxième structure diffractante en relief produit une deuxième image partielle d'une deuxième couleur dans le plan de reconstruction, et la troisième structure diffractante en relief produit une troisième image partielle d'une troisième couleur dans le plan de reconstruction, et les première, deuxième et troisième images partielles se chevauchent au moins partiellement dans le plan de reconstruction pour former une image multicolore. 14. Dispositif de sécurité diffractant selon la revendication 13, dans lequel chacune des première, deuxième et troisième structures diffractantes en relief est un élément optique diffractant (DOE) de type numérique. 15. Dispositif de sécurité diffractant selon la revendication 13 ou la revendication 14, dans lequel les première, deuxième et troisième structures diffractantes en relief sont sensibles à des longueurs d'onde de couleurs primaires ou secondaires. 16. Dispositif de sécurité diffractant selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, dans lequel les première, deuxième et troisième structures en relief sont modulées afin de produire des variations d'intensité dans le plan de reconstruction qui correspondent à des variations des niveaux de luminosité de l'image d'entrée colorée à niveaux multiples. 17. Dispositif de sécurité diffractant selon la revendication 16, dans lequel les hauteurs ou les profondeurs des première, deuxième et troisième structures en relief sont modulées afin de produire les variations d'intensité. 18. Dispositif de sécurité diffractant selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, comprenant d'autres structures en relief sensibles aux première, deuxième et troisième longueurs d'onde, les autres structures en relief produisant d'autres images partielles dans au moins un plan de reconstruction supplémentaire, les autres images partielles se chevauchant au moins partiellement afin de produire une autre image multicolore dans l'au moins un plan de reconstruction supplémentaire. 19. Dispositif de sécurité diffractant selon l'une quelconque des revendications 13 à 18, dans lequel chaque structure en relief est conçue de manière à ce que plus de 50 % de la répartition d'intensité de la lumière diffractée par la structure en relief se situe au premier ordre de diffraction positif. 20. Dispositif de sécurité diffractant selon l'une quelconque des revendications 13 à 19, dans lequel chaque structure en relief comprend une pluralité de segments diffractants, les segments diffractants étant entrelacés avec des segments diffractants des autres structures en relief. 21. Dispositif de sécurité diffractant selon la revendication 20, dans lequel la plus grande dimension des segments est inférieure à 20 microns (um). 22. Dispositif de sécurité diffractant selon la revendication 20 ou 21, dans 15 lequel chaque segment correspond à un pixel ou à un groupe de pixels d'une image d'entrée multicolore. 23. Dispositif de sécurité, comprenant une structure diffractante selon l'une quelconque des revendications 13 à 22. 20 24. Dispositif de sécurité selon la revendication 23, dans lequel le dispositif de sécurité est un dispositif de sécurité transmissif conçu pour être visualisé en transmission. 25 25. Dispositif de sécurité selon la revendication 23, comprenant en outre une couche réfléchissante d'un matériau métallique ou à fort indice de réfraction. 26. Dispositif de sécurité selon la revendication 25, dans lequel la couche réfléchissante est appliquée aux structures en relief afin de produire une surface 30 sensiblement plane. 27. Document de sécurité tel qu'un billet de banque, comprenant le dispositif de sécurité selon l'une quelconque des revendications 23 à 26. 35 28. Document de sécurité selon la revendication 27, dans lequel le document de sécurité est appliqué sur ou dans une région de fenêtre ou de demi-fenêtre du document de sécurité. 10 29. Appareil de visualisation ou d'authentification d'un dispositif diffractant comprenant une première structure diffractante en relief sensible à une première longueur d'onde de lumière monochromatique visible, une deuxième structure diffractante en relief au moins partiellement entrelacée avec la première structure en relief et sensible à une deuxième longueur d'onde de lumière monochromatique visible et une troisième structure diffractante en relief sensible à une troisième longueur d'onde de lumière monochromatique visible et au moins partiellement entrelacée avec les première et deuxième structures diffractantes en relief, l'appareil comprenant un moyen d'éclairement destiné à produire trois faisceaux séparés de lumière visible monochromatique aux première, deuxième et troisième longueurs d'onde, le premier faisceau de lumière monochromatique visible à la première longueur d'onde étant dirigé vers le dispositif diffractant afin de produire une première image partielle d'une première couleur dans un plan de reconstruction, le deuxième faisceau de lumière monochromatique visible à la deuxième longueur d'onde étant dirigé vers le dispositif diffractant afin de produire une deuxième image partielle d'une deuxième couleur dans un plan de reconstruction, et un troisième faisceau de lumière monochromatique visible à la troisième longueur d'onde étant dirigé vers le dispositif diffractant afin de produire une troisième image partielle d'une troisième couleur dans un plan de reconstruction, les première, deuxième et troisième images partielles se chevauchant au moins partiellement dans le plan de reconstruction pour former une image multicolore. 30. Appareil selon la revendication 29, dans lequel les première, deuxième et troisième longueurs d'onde sont des couleurs primaires ou secondaires. 31. Appareil selon la revendication 29 ou 30, dans lequel le moyen 30 d'éclairement comprend trois sources de lumière monochromatique visible différentes à chacune des première, deuxième et troisième longueurs d'onde. 32. Appareil selon la revendication 29 ou 30, dans lequel le moyen d'éclairement comprend une source de lumière polychromatique et des filtres 35 optiques destinés à produire les première, deuxième et troisième longueurs d'onde, conçus pour produire trois faisceaux séparés de lumièremonochromatique aux première, deuxième et troisième longueurs d'onde lorsqu'ils sont éclairés par la source de lumière polychromatique. 33. Appareil selon l'une quelconque des revendications 29 à 32, comprenant 5 en outre un moyen de commutation pour basculer entre les première, deuxième et troisième longueurs d'onde. 34. Appareil selon la revendication 33, dans lequel le moyen de commutation comprend un moyen pour basculer entre les longueurs d'onde de manière 10 séquentielle ou cyclique. 35. Appareil selon la revendication 33 ou 34, lorsqu'elle dépend de la revendication 31, dans lequel le moyen de commutation est conçu pour activer et désactiver les sources de lumière. 15 36. Appareil selon la revendication 33 ou 34, lorsqu'elle dépend de la revendication 31, dans lequel le moyen de commutation est un disque porte-filtres tournant. 20 37. Appareil selon l'une quelconque des revendications 29 à 36, comprenant en outre un écran ou un détecteur positionné au niveau ou à proximité du plan de reconstruction. 38. Appareil selon l'une quelconque des revendications 29 à 37, comprenant 25 un moyen de comparaison pour comparer l'image multicolore à une image de référence afin d'authentifier le dispositif diffractant.