Brevet FR3079167A1 — publié le 20190927

Description Titre de l'invention : Inspection d'images d'effet micro-optique dans des substrats minces Domaine technique [0001] L'invention concerne la production de dispositifs optiques du type utilisé pour l'authentification d'articles. L'invention concerne en particulier le contrôle de défauts dans des dispositifs micro-optiques. Arrière-plan technique [0002] Pour lutter contre la contrefaçon, des éléments de sécurité sont souvent appliqués à des articles de valeurs tels que des documents de sécurité ou jetons de sécurité. Ces éléments de sécurité génèrent souvent un « effet optiquement variable », qui est une image qui change selon des angles de vue différents. Ces types d'éléments de sécurité sont souvent appliqués à des documents de valeur tels que des cartes d'identité, passeports, cartes de crédit, billets de banque, chèques, bons et certificats pour fournir un élément apparent difficile à reproduire. [0003] Une catégorie de ces éléments de sécurité est constituée par des dispositifs à base de lentilles qui utilisent un réseau de microlentilles pour grossir un réseau sous-jacent de micro-images afin de générer les effets optiquement variables. Ces dispositifs requièrent une fabrication de précision dans la mesure où les petits défauts ont un impact significatif sur les effets optiques générés. Dans ce contexte, les caractéristiques optiques d'éléments de sécurité sont surveillées pendant la production, typiquement par un système de vision automatisé (c'est-à-dire une caméra et une commande de rétroaction). Toutefois le contrôle des caractéristiques optiques d'un dispositif de sécurité à base de lentilles est problématique. Il est notamment difficile de mesurer le contraste d'image d'images grossies produites par un réseau de microlentilles appliqué à des substrats minces tels que des billets de banque. De même, il est difficile de détecter des défauts dans le réseau de micro-images, en particulier un réseau de micro-images appliqué à des substrats minces tels que des billets de banque. Dans l'environnement de production, ces difficultés sont exacerbées en raison de la nécessité de mise à l'essai à des vitesses de production normale. Une inspection individuelle de l'ensemble des micro-images produites, également dite taux d'inspection à 100 %, est exceptionnellement difficile à réaliser à des vitesses de production. Même si des taux d'inspection de 100 % étaient praticables dans l'environnement de production, ils ne garantiraient pas une qualité maximale ou une réduction des rejets dus aux défauts d'image et/ou à un contraste d'image faible. [0004] Les microlentilles sur des documents de sécurité tels que des billets de banque ont 2 une longueur focale de lentille limitée par l'épaisseur du document de sécurité. Le substrat transparent du billet de banque est souvent utilisé en tant qu'entretoise optique entre le réseau de lentilles et les micro-images. Les petites microlentilles sont normalement intégrées en relief dans une couche de matériau de laque transparent durcissable par UV qui est ensuite durci par rayonnement UV. La couche de laque durcissable par UV est relativement mince, ce qui limite également la profondeur maximale disponible pour l'intégration des microlentilles. En pratique, « l'abaissement » d'intégration de lentille maximal (c'est-à-dire la hauteur de la lentille au-dessus de son plan de base) est limité. La largeur de la lentille en termes de nécessité de focalisation sur les micro-images sur l'autre côté du substrat est également limitée de manière correspondante. [0005] La largeur limitée des lentilles sur un substrat mince impose une limite à la taille des micro-images sur l'autre côté du substrat si des effets optiques tels qu'un grossissement de moiré, des pivotements d'image, des animations, des images intégrales, etc. doivent être obtenus. En résumé, la géométrie des microlentilles et le type d'effet optique déterminent la taille des micro-images. [0006] Parmi l'ensemble des différents effets optiques, l'effet optique dit de « permutation de contraste » implique la plus grande taille d'élément d'image imprimé. Ceci est dû au fait que l'effet optique de permutation de contraste nécessite la plus petite quantité d'informations d'image qui doit être contenue dans la couche d'image sous le réseau de microlentilles. La figure 1 est une représentation schématique d'un effet optique de permutation de contraste. Une cellule unique 10 (c'est-à-dire une lentille cylindrique unique 14 du réseau de lentilles et son élément d'image 18 correspondant du côté opposé 16 du substrat transparent 12) est représentée vue de trois angles de vue différents (20, 22 et 24). La distance entre le plan d'image 16 et le sommet de la micro-lentille 14 est inférieure à la longueur focale de la lentille 14. Chaque élément d'image 18 est une ligne imprimée grossie par la lentille lenticulaire 14 correspondante (du réseau de lentilles lenticulaires unidimensionnel) destinée à projeter un pixel d'image lenticulaire vu par le spectateur. [0007] L'intensité de couleur du pixel vu par le spectateur dépend de l'angle de vue ainsi que de la quantité de décalage de la ligne imprimée 18 vis-à-vis du plan vertical central (c'est-à-dire le plan à travers le sommet) de la lentille 14. A l'angle de vue 24, l'intensité de couleur est maximale tandis qu'à l'angle de vue 20, l'intensité de couleur est minimale. Cet effet est optimisé sur l'élément imprimé est dimensionné pour être d'approximativement la moitié de la largeur de la microlentille 14. Un contraste d'image suffisant est également possible avec un élément imprimé 18 de plus ou de moins de la moitié de la largeur de la lentille 14. Toutefois, la quantité dont la ligne imprimée 18 est plus grande ou plus petite que la largeur optimale (typiquement la 3 moitié de la microlentille) détermine la réduction du contraste d'image maximale projeté vers le spectateur. Par conséquent, une variation modeste de la taille, ou plutôt de la largeur de l'élément d'image 18 peut faire varier considérablement le contraste dans le dispositif de sécurité fabriqué (en l'occurrence, le dispositif de permutation de contraste). Ceci crée une perception de qualité de produit irrégulière pour l'utilisateur final. En outre, un changement de contraste peut réduire la résistance à la contrefaçon du dispositif de sécurité car des répliques de qualité relativement faible reproduiront le même effet optique. [0008] De manière similaire, des parties manquantes des éléments d'image 18 généreront des défauts dans l'image grossie qui entraîneront une irrégularité de qualité et réduiront donc la résistance à la contrefaçon inhérente. [0009] Si un dispositif optique de permutation de contraste est incorporé sur un substrat mince (tel que le substrat transparent d'un billet de banque) avec de microlentilles (en particulier des microlentilles d'une largeur d'environ 64 microns), il sera nécessaire de réguler la taille d'élément d'image 18 à une largeur d'environ 30 microns à 40 microns. La mesure de lignes aussi étroites est difficile à obtenir à une précision microscopique à l'aide d'un système d'inspection à caméra en ligne. Typiquement, un système de caméra tel que celui-ci utilise des caméras à balayage linéaire qui ont une résolution d'environ 100 microns à 250 microns par pixel (bien que la résolution réelle dépende également de la vitesse de la bande de substrat par rapport à la caméra), et la résolution de balayage diminue donc avec l'élévation de la vitesse de fourniture de support. Cela signifie que le plus petit changement de dimension théoriquement détectable (à une vitesse de production typique d'au moins 100 mètres par minute) est d'approximativement 100 microns à 250 microns. On part du principe que le motif répété d'éléments imprimés est présenté à la caméra dans exactement la même position relative. Malheureusement, la pratique ne le permet pas. La bande continue de support imprimé dans un processus de gravure peut subir un déplacement allant jusqu'à +10,25 mm, ce qui augmente le plus petit changement de taille détectable. En conséquence, même pour un effet micro-optique simple tel qu'une permutation de contraste, qui utilise la plus grande taille d'élément imprimé de tous les dispositifs d'effets micro-optiques, la mesure du contraste d'éléments imprimés individuels à l'aide de systèmes d'inspection à caméra peut être sujette à des imprécisions significatives. [0010] La mise à l'essai hors ligne, à l'aide de microscopes optiques et similaires, permet d'obtenir des mesures de largeur d'image plus précises sans toutefois empêcher la production de matériau imprimé avec un contraste et des défauts hors de la plage admissible spécifiée. L'inspection hors ligne intervient nécessairement après l'impression, tandis qu'une technique d'inspection à 100 % effectuée en ligne fournit 4 une rétroaction de correction pendant le processus d'impression. [0011] Il est possible d'utiliser un balayage ou une acquisition directe des images grossies générées par l'effet optique pour mesurer le contraste. Néanmoins, une tolérance de production inhérente fait varier la micro-imagerie imprimée par rapport aux micro-lentilles associées, créant un décalage de phase relatif entre les lentilles et l'imagerie dans chaque dispositif optique individuel. Ces variations entraînent des variations correspondantes de l'image grossie projetée sur le système de caméra, il est donc impossible de comparer de manière valable l'image acquise à une image de référence unique (appelée « modèle en or »). En d'autres termes, même si l'image acquise est imprimée avec un contraste parfait, elle peut différer significativement de l'image de référence et donc être identifiée de façon erronée comme un rejet. [0012] En référence aux figures 2 et 3, un effet optique de permutation de contraste de la conception présentée sur la figure 2 produit la sélection d'images projetées présentées sur la figure 3. L'image est imprimée avec un contraste parfait. L'image projetée sur la caméra d'inspection peut être l'image positive 18, créée en étant vue depuis un premier angle de vue et présentant une première mesure de contraste, ou elle peut être l'image négative 26, créée en étant vue depuis un deuxième angle de vue et qui présente une deuxième mesure de contraste (complémentaire de la première mesure de contraste). De manière similaire, il peut s'agir d'une image intermédiaire 28 à 34 quelconque générée depuis d'autres angles de vue qui présentent un contraste qui diffère de celui de la première ou deuxième mesure de contraste. Ces variations inhérentes rendent inutile toute tentative de comparaison de l'image acquise à un modèle en or unique, à des fins d'inspection. [0013] De même, l'utilisation d'image de caméra acquises pour détecter des défauts dans des éléments d'impression individuels tels que des parties d'image manquantes (en raison d'un manque d'encre, par exemple dû à l'obstruction des cellules cylindriques par de l'encre séchée) est également impossible du fait de la variation de l'image acquise par rapport à la variation inhérente de la phase lentille-image associée aux tolérances de production. [0014] Dans un effort visant à atténuer ces problèmes, il peut être possible d'utiliser plusieurs caméras qui acquièrent les images grossies projetées à partir d'une plage d'angles de vue différents. Toutes les images acquises sont comparées au modèle en or et si l'une quelconque des images acquises correspond au modèle en or, l'image grossie est classée comme acceptable. Toutefois, cette technique repose sur la capture d'un nombre suffisamment important d'images depuis des angles de vue différents pour garantir la capture d'un angle de vue proche de celui du modèle en or. La capture de plusieurs images d'éléments d'impression individuels depuis des angles de vue différents est complexe, coûteuse et nécessite un traitement important. Un système d'inspection efficace d'éléments d'impression individuels à l'aide de plusieurs caméras ne serait pratique que pour des processus d'impression fonctionnant à de faibles vitesses de production. [0015] Une variante d'approche consiste à utiliser une seule vue de caméra pour acquérir des images de la micro-imagerie qui sont ensuite comparées à plusieurs modèles en or. Ce type de technique a été divulgué dans le document US 5 850 466, intitulé « Golden Template Comparison for Rotated and/or Scaled Images ». Si cette technique réduit le nombre de caméras utilisées, elle nécessite toujours de puissants dispositifs de traitement d'image pour comparer l'image acquise à chaque modèle de l'ensemble de modèles en or. Encore une fois, cette technique ne convient qu'aux processus fonctionnant à faible vitesse de production. [0016] Dans une autre approche visant à résoudre le problème de mesure de contraste, un échantillon de couleur imprimé est utilisé comme témoin ou référence pour le contraste d'image grossie. A titre d'exemple, un dispositif optique destiné à produire un effet de permutation de contraste imprimé par gravure sur un substrat de billet de banque peut également imprimer simultanément un échantillon de la couleur de micro-image sur le substrat. La luminosité/densité de couleur d'échantillon témoin peut ensuite être mesurée à l'aide d'un système d'inspection à caméra en ligne. La densité de couleur d'échantillon est corrélée au contraste de l'image grosse pour déterminer si le contraste se trouve dans la plage acceptable. Toutefois, en pratique, toute modification de la taille de la micro-imagerie qui entraîne des changements indésirables du contraste d'image grosse n'est pas corrélé à une modification de la densité de couleur de l'échantillon de couleur (qui est détecté à l'aide de la caméra d'inspection en ligne). L'échantillon de couleur témoin présente une densité d'encre bien supérieure à celle de la micro-imagerie. Par conséquent, la composition d'encre influence considérablement la luminosité d'échantillon, mais le contraste de l'image grossie est influencé dans une plus grande mesure par des facteurs qui n'ont aucun impact que la luminosité de l'échantillon de couleur. A titre d'exemple, la profondeur des cellules de gravure fine dans la surface du cylindre de gravure utilisé pour imprimer la micro-imagerie ont une influence bien plus importante que le contraste de l'image grossie. Par exemple, un changement de 10 % de la profondeur de cellule entraîne un changement négligeable de la luminosité de l'échantillon de couleur (simplement parce que les cellules d'échantillon de couleur sont bien plus grandes), tandis que ce changement produit une variation significative du contraste de l'image grossie. L'homme du métier comprendra qu'un petit changement (+/- 10 %) de la profondeur des cellules de micro-imagerie peut augmenter ou réduire considérablement le contraste de l'image grossie. [0017] Au vu de ce qui précède, un système d'acquisition d'image capable d'une inspection à 100 %, en ligne et à des vitesses de production normales ne constitue pas une pos- 6 sibilité réaliste dans la plupart des installations d'impression commerciales. Il est donc encore nécessaire de mettre au point d'autres techniques permettant de détecter des défauts de micro-imagerie et mesurer précisément le contraste d'image à l'aide de systèmes en ligne pendant le processus d'impression. [0018] Toute référence faite ici à un document de brevet ou à tout autre sujet défini comme art antérieur ne doit pas être considérée comme l'admission du fait que ledit document ou sujet est connu ou que les informations qu'il contient appartiennent aux connaissances générales communes à la date de priorité de l'une quelconque des revendications. Exposé de l'invention [0019] En conséquence, l'invention propose un système de détection de défauts dans une imagerie imprimée utilisé pour générer des images optiquement variables, le système comprenant : un trajet d'alimentation d'impression pour un substrat de support à imprimer avec l'imagerie ; un poste d'impression destiné à imprimer l'imagerie et un motif d'essai sur le substrat de support, le motif d'essai ayant des éléments d'image espacés par des espaces ; et un capteur d'image destiné à capturer des images du motif d'essai ; de sorte que, des niveaux de luminosité acquis par le capteur d'image soient utilisés pour dériver une mesure de contraste pour une comparaison à un niveau de contraste de référence. [0020] Dans un autre aspect, l'invention propose un procédé de détection de défauts dans une imagerie imprimée utilisée pour générer des images optiquement variables, le procédé comprenant : la fourniture d'un substrat de support suivant un trajet de fourniture d'impression ; l'impression de l'imagerie et d'un motif d'essai sur le substrat de support avec un poste d'impression, le motif d'essai ayant des éléments d'image espacés par des espaces ; la capture d'images du motif d'essai avec une caméra ; et, l'enregistrement de mesures de luminosité du motif d'essai pour une comparaison à un niveau de luminosité de référence afin de détecter des défauts. [0021] Dans encore un autre aspect, l'invention propose un ensemble d'impression configuré pour détecter des défauts dans une imagerie imprimée utilisée pour générer des images optiquement variables, l'ensemble d'impression comprenant : un poste d'impression destiné à imprimer l'imagerie et un motif d'essai sur le substrat de support, le motif d'essai ayan des éléments d'image espacés par des espaces ; et un capteur d'image destiné à capturer des images du motif d'essai ; de sorte que, des niveaux de luminosité soient acquis à partir du motif d'essai pour dériver une mesure de contraste pour une comparaison à des niveaux de contraste d'image de référence. [0022] L'invention repose sur l'acquisition de niveaux de luminosité à partir d'un motif d'essai pour dériver une mesure de contraste qui est indicative du contraste d'imagerie, 7 au lieu d'une mesure de contraste directe de l'imagerie elle-même. Il s'agit d'un système bien adapté à la mesure du contraste d'une image grossie dans un élément de sécurité à base de microlentilles et d'une technique qui peut être appliqué en tant qu'essai en ligne à des vitesses de production. Le motif d'essai peut être imprimé à l'intérieur ou à l'extérieur de la « zone de produit », c'est-à-dire la micro-imagerie imprimée ou l'article imprimée lui-même. Le poste d'impression peut imprimer le motif d'essai ainsi que la micro-imagerie et/ou l'autre élément d'image à représenter sur le substrat de support. Le poste d'impression est un équipement quelconque utilisé pour l'impression du substrat, compte tenu du fait que le terme « impression » englobe plus que la simple application d'encre avec un outil d'impression (voir la rubrique « Définitions » ci-dessous). Typiquement, le capteur d'image fait partie d'un système de caméra agencé pour acquérir les niveaux de luminosité du motif d'essai et traiter ces données d'image pour fournir une mesure souhaitée du contraste d'image. [0023] Sous une forme, l'imagerie imprimée est une micro-imagerie utilisée dans un dispositif de sécurité avec un réseau de lentilles pour générer des grossissements optiquement variables; et les éléments d'image du motif d'essai ont chacun une micro-lentille associée d'au sorte qu'au moins certains des éléments d'image soient imprimé à des déplacements différents par rapport aux microlentilles respectives pour générer des images grossies respectives avec des niveaux différents de luminosité d'image, vus depuis un angle de vue prédéterminé, les niveaux différents de luminosité d'image définissant une plage pour une comparaison à une plage de luminosité acceptable prédéterminée pour fournir une mesure indicative d'un contraste dans les grossissements optiquement variables du dispositif de sécurité. [0024] De préférence, les éléments d'image et les espaces sont de taille uniforme. De préférence, les éléments d'image et les espaces du motif d'essai sont dimensionnés pour correspondre sensiblement à celles de l'imagerie imprimée utilisée pour générer l'image optiquement variable. De préférence, les microlentilles associées destinées à visualiser les éléments d'image du motif d'essai et les microlentilles dans le réseau de microlentilles destinées à visualiser la micro-imagerie ont la même géométrie et la même orientation de lentilles. [0025] De préférence, le réseau de microlentilles est un réseau de lentilles lenticulaires. [0026] De préférence, la micro-imagerie et les éléments d'image sont espacés des sommets respectifs des lentilles lenticulaires associées d'une distance inférieure à la longueur focale. [0027] De préférence, la micro-imagerie est un réseau de micro-images qui interagit op- tiquement avec le réseau de lentilles pour créer un effet optique de permutation de contraste. [0028] De préférence, le poste d'impression est un cylindre de gravure et le substrat de 8 support est une bande continue s'étendant d'un rouleau de fourniture à un rouleau de collecte suivant le trajet d'alimentation d'impression. [0029] De préférence, les éléments d'image sont chacun une ligne unique imprimée sur une surface de la bande continue opposée à la surface supportant le réseau de lentilles lenticulaires. [0030] De préférence, la micro-imagerie et les éléments d'image sont imprimés en plus d'une couleur. [0031] De préférence, la ligne unique a une largeur comprise entre 30 % et 70 % de la largeur de chaque lentille lenticulaire. De manière davantage préférée, la largeur de ligne unique est d'approximativement la moitié de la largeur de l'une des lentilles. [0032] De préférence, le motif d'essai possède un nombre de régions dans lesquelles les lignes uniques sont décalées de manière incrémentielle croissante par rapport aux sommets des lentilles lenticulaires associées, respectivement. [0033] De préférence, le motif d'essai et les lentilles lenticulaires associées génèrent un grossissement de moiré de sorte qu'un niveau de luminosité maximal et un niveau de luminosité minimal soient mesurés à partir des images capturées par la caméra pour une comparaison aux niveaux de luminosité de référence indicatifs du contraste. Définitions [0034] Document de sécurité ou jeton Telle qu'utilisée ici, l'appellation document de sécurité inclut tout type de documents et jetons de valeur et les documents d'identification comprenant, sans s'y limiter : effets de devises tels que billets de banque et pièces de monnaie, cartes de crédit, chèques, passeports, cartes d'identité, titres et certificats d'action, permis de conduire, titres de propriété, documents de voyage tels que billets d'avion ou de train, cartes et billets d'entrée, certificats de naissance, de décès et de mariage et relevés de notes. [0035] L'invention s'applique en particulier, mais pas exclusivement, aux documents de sécurité tels que billets de banques ou documents d'identification tels que cartes d'identité ou passeports documents formés à partir d'un substrat sur lequel au moins une couche d'impression est appliquée. Les réseaux de diffraction et dispositifs optiquement variables décrits ici peuvent également trouver une application dans d'autres produits, tels que les emballages. [0036] Substrat Tel qu'utilisé ici, le terme substrat fait référence au matériau de base à partir duquel le document de sécurité ou jeton est formé. Le matériau de base peut être du papier ou un autre matériau fibreux tel que la cellulose ; une matière plastique ou polymère comprenant, sans s'y limiter, le polypropylène (PP), le polyéthylène (PE), le polycarbonate (PC), le polychlorure de vinyle (PVC), le polytéréphtalate d'éthylène (PET) ; ou un matériau composite d'au moins deux matériaux, tel qu'un stratifié de 9 papier et d'au moins une matière plastique, ou d'au moins deux matières polymères. [0037] L'utilisation de matières plastiques et polymères dans la fabrication de documents de sécurité, débutée en Australie, a rencontré une franche réussite car les billets de banque polymères sont plus durable que leurs homologues en papier et peuvent également incorporer de nouveaux dispositifs et éléments de sécurité. Une caractéristique particulièrement appréciée des billets de banque polymères produits pour l'Australie et d'autres pays est une zone ou « fenêtre » transparente. [0038] Fenêtres et demi-fenêtres transparentes Tel qu'utilisé ici, le terme fenêtre fait référence à une zone transparente ou translucide dans le document de sécurité en comparaison avec la région sensiblement opaque à laquelle l'impression est appliquée. La fenêtre peut être entièrement transparente de sorte à permettre une transmission de lumière sensiblement sans altération, ou elle peut être partiellement transparente ou translucide et permettre la transmission, mais sans permettre une visualisation claire d'objets à travers la fenêtre. [0039] Une zone de fenêtre peut être formée dans un document de sécurité polymère qui possède au moins une couche de matériau polymère transparent et au moins une couche plus opacifiante appliquée sur au moins un côté 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 côtés d'un substrat transparent, une fenêtre entièrement transparente peut être formée par omission des couches sur les deux côtés du substrat transparent dans la zone de fenêtre. [0040] Une zone partiellement transparente ou translucide, ci-après désignée par « demi-fenêtre », peut être formée dans un document de sécurité polymère qui possède des couches opacifiantes sur les deux côtés par omission des couches opacifiantes sur un seul côté du document de sécurité dans la zone de fenêtre de sorte que la « demi-fenêtre » ne soit pas entièrement transparente, mais permettent à une partie de la lumière de traverser sans permettre la visualisation claire d'objets à travers la fenêtre. [0041] En variante, il est possible de former les substrats à partir d'un matériau sensiblement opaque, tel que du papier ou un matériau fibreux, avec une insertion de matière plastique transparente insérée dans une découpe, ou un évidement dans le papier ou substrat fibreux pour former une fenêtre transparente ou une zone de demi-fenêtre translucide. [0042] Impression Tels qu'utilisés ici, les termes imprimé ou impression font référence à un traitement ou une technique de surface pour former des images ou des marquages par modification des caractéristiques du rayonnement incident réfléchi ou transmis. Il n'est pas nécessaire que le rayonnement incident se trouve dans le spectre visible, et la longueur d'onde du rayonnement transmis ou réfléchi peut être différente du rayonnement incident ou peut être un sous-ensemble de celui-ci. Le traitement ou la technique de surface peut impliquer le dépôt d'un matériau tel que de l'encre, un métal ou un polymère, notamment une résine durcissable par rayonnement. De manière similaire, le traitement ou la technique de surface peut impliquer des modifications telles que le gaufrage, l'attaque chimique ou l'ablation au laser. La structure de surface peut être gaufrée ou restructurée d'une autre manière pour créer des structures, notamment des structures diffractives ou holographiques, et ainsi former les images ou marquages. Bien entendu, le terme impression fait également référence à des techniques d'impression plus classique et bien connues telles que la taille-douce, la gravure, l'impression offset, l'impression à jet d'encre, l'impression laser, la sérigraphie, l'impression flexographique, etc. [0043] Couches opacifiantes Il est possible d'appliquer au moins une couche opacifiante sur un substrat transparent pour augmenter l'opacité du document de sécurité. Une couche opacifiante est telle que LT