WO2022214689A1 - Composants optiques de sécurité visibles en réflexion, fabrication de tels composants et documents sécurisés équipés de tels composants - Google Patents

Composants optiques de sécurité visibles en réflexion, fabrication de tels composants et documents sécurisés équipés de tels composants Download PDF

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WO2022214689A1
WO2022214689A1 PCT/EP2022/059511 EP2022059511W WO2022214689A1 WO 2022214689 A1 WO2022214689 A1 WO 2022214689A1 EP 2022059511 W EP2022059511 W EP 2022059511W WO 2022214689 A1 WO2022214689 A1 WO 2022214689A1
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tilt
animation
facets
layer
angular
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PCT/EP2022/059511
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Soukaina ES SAIDI
Valéry PETITON
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Surys
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    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/30—Identification or security features, e.g. for preventing forgery
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B42D25/30—Identification or security features, e.g. for preventing forgery
    • B42D25/328—Diffraction gratings; Holograms

Definitions

  • This description relates to the field of security marking. More particularly, it relates to optical security components visible in reflection to verify G the authenticity of a document, to a method of manufacturing such a component and to a secure document equipped with such a document.
  • An optical security component described in the aforementioned application has a visible effect in reflection.
  • the optical security component comprises a diffractive structure etched on a layer of a dielectric material.
  • the structure has a first pattern comprising a bas-relief with a first set of facets whose shapes are determined to simulate a series of concave or convex cylindrical optical elements, visible in reflection, this first pattern being modulated by a second pattern forming a sub-wavelength grating.
  • Such an optical security component has a dynamic visual effect of luminous bands of different colors and scrolling in opposite directions when it undergoes a rotation in tilt around an axis parallel to one of the main directions of the cylindrical elements.
  • the security optical component described in [Ref. 2] comprises a first layer of dielectric material and a diffractive structure etched on the first layer.
  • the diffractive structure comprises a first pattern with a set of modules arranged side by side, according to a given direction of arrangement, a maximum width of each module, defined in the direction of arrangement, being less than 300 ⁇ m.
  • Each module comprises a bas-relief with a first set of facets whose shapes are determined to simulate an optical element visible in reflection, with at least one convex or concave region, said optical element having a profile with a continuously variable slope along a single direction, called the direction of variation of the slope, perpendicular to the direction of arrangement.
  • the slope along at least one line parallel to the direction of arrangement is different between said two modules.
  • the minimum number of modules is determined by the maximum width of the modules, such that the diffractive structure is visible to the naked eye.
  • Such an optical security component has, in reflection and under the effect of a tilt movement around an axis parallel to said arrangement direction, a dynamic visual effect comprising the movement of one or more complex graphic elements, depending on the arrangement of said modules, and allows, compared to simple horizontal scroll bars, a more secure authentication and a stronger technological barrier, due to the design and manufacture of the modules necessary to obtain the visual effect described above.
  • the first pattern can be modulated by a second pattern forming a periodic grating of sub-wavelength period, determined to produce, after deposition of a second layer having a spectral band of reflection in the visible, a resonant filter in a given spectral band, making it possible to combine the dynamic visual effect with a color effect of order 0.
  • This application describes an optical security component with an original structure not only allowing access to complex dynamic visual effects or "animations" as described in [Ref. 2] but also allowing to switch continuously from an achromatic, white animation, to the same iridescent animation, by a simple tilt movement of the optical security component over a wider angular range, ensuring even greater authentication robust, by simple visual inspection and without specific equipment.
  • the term “include” means the same as “include”, “contain”, and is inclusive or open and does not exclude other elements not described or represented. Furthermore, in the present description, the term “approximately” or “substantially” means the same as “presenting a margin lower and/or higher than 10%, for example 5%", of the respective value.
  • the invention relates to an optical security component configured to be observed in reflection, with the naked eye, along at least one first observation face, in a direction of observation making a given angle of observation with a given direction of illumination, the component comprising: a first layer of dielectric material, transparent in the visible; at least one first diffractive structure etched on said first layer; and a second layer, at least partly covering said first structure, and having a spectral band of reflection in the visible; and in which: said first diffractive structure comprises a first pattern consisting of a set of parallel facets, having variable slopes along a direction of variation of the slope, said slopes comprising angular values comprised in absolute value between a minimum angular value and a maximum angular value, said facets comprising a given maximum height, said set of facets being arranged to produce, when the component is illuminated in white light along said axis of illumination, a dynamic visual effect observable in reflection under the effect of a tilt movement along an axis substantially perpen
  • a transparent layer in the visible is defined as a layer having a transmission of at least 70%, preferably at least 80% for a wavelength included in the visible, that is to say a wavelength between about 400 nm and about 800 nm.
  • a layer thus transparent makes it possible to observe the layers located under the transparent layer with the naked eye.
  • a set of “parallel” facets means a set of facets presenting a variation of the slope in one and the same direction, called “direction of variation of the slope”.
  • the slope of the facets can however vary in this direction, in opposite directions.
  • tilt movement of the component generally refers to a rotation of the component along an axis contained in the plane of the component.
  • the specular reflection corresponds in the present description to the position of the component which allows a reflection of the incident light with a reflection angle of measurement opposite to that of the incident angle.
  • the normal to the plane of the component separates the angle of observation in two angular sectors of the same measure.
  • the observation angle is for example defined with respect to a vertical lighting direction. According to one or more exemplary embodiments, the viewing angle is between approximately 30° and approximately 60°. For example, the observation angle is equal to approximately 45°, which corresponds, for vertical lighting, to a conventional observation position for an observer.
  • said minimum angular value of the slopes is equal to 0°.
  • said maximum angular value of the slopes is between about 7° and about 15°.
  • the positive direction for the measurement of the angular values of the slopes of the facets is the clockwise (or anti-trigonometric) direction.
  • the facets have a dimension in the direction of the slope (or “width”) greater than or equal to approximately 4 times, advantageously greater than or equal to approximately 8 times, said grating period.
  • the minimum dimension can therefore be chosen according to the period of the grating. For example, a minimum dimension of the width of the facets is equal to about 2 ⁇ m.
  • the widths of the facets are between about 2 ⁇ m and about 100 ⁇ m, advantageously between about 2 ⁇ m and about 80 ⁇ m, advantageously about 4 ⁇ m and about 80 ⁇ m.
  • the facets have a substantially rectangular shape and have a "length" measured in a direction perpendicular to the direction of the slope.
  • the length is for example less than about 100 ⁇ m.
  • all of the facets have a substantially identical height.
  • the height of the facets is for example less than 2 microns, advantageously less than 1 micron.
  • the facets of the set of facets have different heights.
  • the facets have a maximum height. Said maximum height is for example less than 2 microns, advantageously less than 1 micron.
  • At least some of the facets of the set of facets are arranged with variable slopes, the variation of which is increasing, respectively decreasing, in order to simulate a reflective element with a convex region, respectively concave.
  • a dynamic effect of the type "half-wave” the visual effect resulting from such an arrangement of facets when the slopes of the facets have angular values whose variation is increasing or decreasing, but which are of the same sign.
  • a “wave” type dynamic effect the visual effect resulting from such an arrangement of facets when the slopes of the facets have angular values whose variation is increasing or decreasing, and for which at least one change of sign.
  • a dynamic effect of the "wave” or "half-wave” type appears for an observer, during a tilt movement of the component, as a continuous scrolling of a line of white light.
  • the set of facets comprises one or more subsets of facets each configured to produce a dynamic “wave” type effect.
  • said period of the diffraction grating, said maximum angular value of the slopes, measured in absolute value, and said observation angle are determined such that said first part of the angular range of tilt comprises an angular superposition (overlap) with the second part of the angular tilt range comprised between approximately 1° and approximately 10°, preferably between approximately 3° and approximately 8°, for example equal to approximately 5°, on both sides other than the first part of the angular range.
  • said period of the diffraction grating, said maximum angular value of the slopes, measured in absolute value, and said observation angle are determined such that the angular range of tilt is between approximately 45 ° and about 120° (measured in air).
  • said period of the diffraction grating, said maximum angular value of the slopes, measured in absolute value, and said observation angle are determined such that the first part of the tilt angular range is comprised between approximately 15° and approximately 50° (measured in air), advantageously between approximately 20° and approximately 35° (measured in air).
  • said period of the diffraction grating, said maximum angular value of the slopes, measured in absolute value, and said observation angle are determined such that the second part of the tilt angular range (measured in the air) is comprised, on either side of the first angular range of tilt, between about 30° and about 70°, advantageously between about 40° and about 60°.
  • said one-dimensional diffraction grating is a diffraction grating with a sinusoidal profile.
  • a sinusoidal profile grating is advantageous in that it allows symmetry of diffraction efficiencies at +1 and -1 orders and hence symmetry in terms of visual efficiencies for iridescent animation on either side achromatic animation.
  • grating profiles are possible, such as, for example, and without limitation, a diffraction grating with a pseudo-sinusoidal profile, defined as a sum of sinusoids with amplitudes and phases that can be adjusted according to the expected profile, a rectangular profile diffraction grating, or any other advantageously symmetrical profile grating to have a similar visual efficiency for the iridescent animation on either side of the achromatic animation.
  • a pseudo-sinusoidal profile defined as a sum of sinusoids with amplitudes and phases that can be adjusted according to the expected profile
  • a rectangular profile diffraction grating or any other advantageously symmetrical profile grating to have a similar visual efficiency for the iridescent animation on either side of the achromatic animation.
  • a depth of the diffraction grating is determined so as to optimize a diffraction efficiency of the grating at order 1 and at order -1 at at least one wavelength of the visible spectrum, for example at a central wavelength of the visible spectrum, for example around 550 nm.
  • the second layer comprises a metallic material.
  • the metallic material comprises one of the materials or an alloy of materials chosen from: Aluminum (Al), Silver (Ag), Chromium (Cr), Gold (Au), Copper (Cu).
  • a thickness of the layer of metallic material is greater than about 2 to 3 times the thickness of the skin of the metal or alloy from which it is formed in the visible frequency range; for example, a thickness of the layer of metallic material is between about 20 nm and about 60 nm for aluminum.
  • the dielectric material of the first layer has a first refractive index and the second layer comprises a dielectric material having a second refractive index such that the difference between the second refractive index and the first index of refraction is greater than or equal to approximately 0.3, advantageously greater than or equal to approximately 0.5.
  • said second layer comprises a material chosen from: zinc sulphide (ZnS), titanium dioxide (TiCh) silicon nitride (S13N4).
  • a minimum dimension of the first structure is greater than 300 ⁇ m, preferably greater than 1 mm, preferably greater than 2 mm, preferably greater than 5 mm. Such a minimum dimension makes it possible to make the structure visible to the naked eye.
  • said first structure has an outline forming, seen from the observation face, a recognizable graphic shape.
  • the optical security component according to the first aspect comprises at least one second structure etched on said first layer, said second layer at least partially covering said second structure.
  • the second structure is configured to form, for example and in a non-limiting manner, a diffusing structure, a holographic structure, a diffracting structure making it possible to produce a so-called Alphagram® effect developed by the applicant.
  • the components can be juxtaposed, each with recognizable shapes.
  • said first pattern has an outline forming, seen from the observation face, a recognizable graphic shape.
  • said first pattern is interrupted in regions forming, seen from the observation face, a recognizable graphic object visible during the achromatic animation and during the iridescent animation.
  • said first pattern is not modulated or is modulated by a third pattern forming a periodic lattice different from said second pattern, said second region forming, seen from the face of observation, a recognizable graphical object visible only during iridescent animation.
  • the optical security component according to the first aspect comprises one or more additional layers depending on the needs of the application, without this or these additional layers contributing to the desired visual effect.
  • the optical security component is configured for securing an object, for example a document or a product, and further comprises, on the face opposite the observation face, a diaper suitable for transfer of the component to the document or the product, for example an adhesive layer or a reactivatable adhesive layer.
  • the optical security component further comprises, on the side of the first observation face, a support film intended to be detached after transfer of the component to the document or the product.
  • the optical security component is configured for the manufacture of a security track for securing banknotes, and comprises on the side of the first observation face and/or on the opposite face on the first observation face, one or more protective layers.
  • the present description relates to a secure object, for example a secure document of value, comprising a substrate and an optical security component according to the first aspect, deposited on said substrate or on one of the layers of said substrate in the case of a multi-layered substrate.
  • Such a secure object is for example, and without limitation: a banknote, an identity or travel document, on a paper or polymer substrate.
  • the present description relates to methods of manufacturing optical security components according to the first aspect.
  • the present description relates to a method of manufacturing an optical security component intended to be observed in reflection, with the naked eye, according to at least one first observation face, the method comprising: the deposition on a support film a first layer of dielectric material, transparent in the visible; the formation on said first layer of at least a first diffractive structure, such that: said first diffractive structure comprises a first pattern consisting of a set of parallel facets, presenting variable slopes according to a direction of variation of the slope, said slopes comprising angular values comprised in absolute value between a minimum angular value and a maximum angular value, said facets comprising a given maximum height, said set of facets being arranged to produce, when the component is illuminated in white light along said axis of illumination , a dynamic visual effect observable in reflection under the effect of a tilt movement along a tilt axis substantially perpendicular to the direction of variation of the slope, and in a given tilt angular range; in at least a first region, said first pattern
  • FIG. 1A schematically illustrates a (partial) sectional view of an embodiment of a component according to the present description.
  • FIG. IB schematically illustrates a (partial) sectional view of another embodiment of a component according to this description.
  • FIG. 2 diagrams illustrating parameters of a diffractive structure in a security component according to the present description.
  • FIG. 3 a diagram illustrating the sequence of iridescent animations and achromatic animation, during a tilt movement of an optical security component according to the present description.
  • FIG. 4A diagrams illustrating according to an example, a first iridescent animation in an optical security component according to the present description, as a function of the tilt angle of the component, in a first part of the angular tilt range.
  • FIG. 4B diagrams illustrating, in an optical security component identical to that of FIG. 4 A, an achromatic animation depending on the tilt angle of the component, in a second part of the angular tilt range, the achromatic animation following on from the first iridescent animation.
  • FIG. 4C diagrams illustrating, in an optical security component identical to that of FIG. 4 A, a second iridescent animation as a function of the tilt angle of the component, in a third part of the angular tilt range, the second iridescent animation linking up with the achromatic animation and presenting an inversion of the colors vis-à-vis -vis the first iridescent animation.
  • FIG. 5A curves illustrating respectively: an example of spatial distribution of the widths of the facets, for a given height, in an arrangement of facets configured to produce a dynamic effect of the “half-wave” type; angular values of facet slopes (in degrees) as a function of facet widths, for two facet heights, in an arrangement of facets configured to produce a “half-wave” type dynamic effect; angular values of facet slopes (in degrees) as a function of facet widths, for two facet heights, in an arrangement of facets configured to produce a dynamic “wave” type effect.
  • FIG. 5B a diagram illustrating an example of distribution of the facets to form “pixels”.
  • FIG. 5C curves illustrating the effect of the slopes of the facets for three component tilt angles located in the first part of the angular tilt range.
  • FIG. 6 a curve illustrating the effect of the slopes of the facets and of the grating, as a function of the tilt angle of the component, in the second part of the angular tilt range, on either side of the first part of the tilt angular range.
  • FIG. 7 curves showing the efficiency at order +1 or -1 of a diffraction grating with a sinusoidal profile, as a function of the depth of the grating, for a wavelength of 550 nm.
  • FIG. 8 an example of an optical security component according to the present description, with a “patch” type format.
  • FIG. 9A a diagram illustrating an example of a valuable document, for example a banknote, secured with an optical security component according to the present description.
  • FIG. 9B a diagram showing an enlargement of the secure document illustrated in FIG. 9A.
  • FIG. 10A diagrams respectively illustrating designs of a first pattern and of a second pattern in an example of an optical security component according to the present description.
  • FIG. 10B diagrams illustrating, according to a given visual scenario, achromatic and iridescent visual animations, based on the patterns as schematized in FIG. 10A.
  • FIG. 1A and FIG. 1B show schematically and according to (partial) sectional views two examples of optical security components according to the present description.
  • the optical security component 101 shown in FIG. 1 A represents for example an optical security component intended to be transferred onto a document or a product with a view to securing it.
  • it comprises a support film 111, for example a film of polymeric material, for example a film of polyethylene terephthalate (PET) of a few tens of micrometers, typically 15 to 100 ⁇ m, as well as a detachment layer 112, for example in natural or synthetic wax.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the detachment layer makes it possible to remove the polymer support film 111 after transfer of the optical component to the product or document to be secured.
  • the optical security component 101 also comprises a first layer 113 of dielectric material, having a first refractive index ni and at least one first diffractive structure S, comprising a first pattern Mi, modulated by a second pattern M2 forming a periodic grating, stamped on said first layer 113 and which will be described in more detail later.
  • the optical security component 101 also comprises a second layer 114 at least partially covering said first structure S, and having a spectral band of reflection in the visible.
  • the second layer 114 is for example a metallic layer or a so-called index variation layer having a refractive index different from that of the first, the difference in index between the layers 113 and 114 having a value at least equal to 0 .3, advantageously a value at least equal to 0.5.
  • the layer 114 makes it possible to ensure the reflection of the incident light.
  • the optical security component also comprises one or more optional layers, optically non-functional but adapted to the application.
  • the optical security component further comprises a layer of adhesive 117, for example a heat-activated adhesive layer, for transferring the optical security component to the product or document.
  • a layer of adhesive 117 for example a heat-activated adhesive layer
  • the optical security component can be manufactured by stacking the layers on the support film 111, then the component is transferred onto a document/product to be secured using the adhesive layer 117.
  • the support film 111 can then be detached, for example by means of the detachment layer 112.
  • the main observation face 100 of the optical security component is thus located on the side of the first layer 113 opposite to the etched face of layer 113.
  • the optical security component 102 shown in FIG. IB represents for example a optical security component intended for securing banknotes; it is for example a part of a security thread intended to be integrated into the paper during the manufacture of the note or a laminated track covering a window in the paper or a patch.
  • the component 102 comprises as previously a support film 111 (12 to 25 ⁇ m) which will also serve as a protective film for the security thread, and, as in the example of FIG.
  • the optical security component 102 also comprises, in the example of FIG. IB, a set of optional layers 115, 116, 118.
  • the layer 115 is for example a layer of dielectric material 115, for example a transparent layer; layer 116 (optional) is for example a security layer 116, for example a discontinuous layer with a specific pattern printed locally with UV ink to produce additional marking that can be checked by eye or by machine; and the layer 118 (optional) is for example a protective layer, for example a second polymer film or a varnish.
  • layer 118 may be an adhesive layer.
  • manufacturing can be performed by stacking the layers on the support film 111.
  • the dielectric layer 115 and the security layer 116 can form a single layer.
  • the protective layer (or adhesive layer) 118 and the layer 115 can also form only one and the same layer.
  • the optical security component may be visible from both sides, with an inversion of the curvatures of the optical elements generated.
  • FIG. 2 illustrates in more detail the parameters of a diffractive structure S (diagram 23) according to the present description.
  • the structure S is formed of a first pattern Mi comprising a set of facets Fi (diagram 22), said pattern being at least partially modulated by a second pattern M2 defined by the projection of a diffraction grating in one direction referenced G ( diagram 21) and defined in a plane p parallel to the plane of the component (and therefore parallel to viewing face 100).
  • All the facets Fi are parallel, i.e. they present a variation of the slope in one and the same direction, referenced ⁇ in the example of FIG. 2. They are characterized by a height /?, defined by the distance between a lowest level of the facet and a highest level, the distance being measured along an axis perpendicular to the plane p parallel to the plane of the component, namely along the z axis in the example of FIG. 2.
  • the facets all have the same height /?, said height being less than about 2 ⁇ m, advantageously less than about 1 ⁇ m, for example between about 0.5 ⁇ m and about 1 m.
  • the facets are also characterized by a width A, defined by the dimension according to the direction of variation of the slope, the width generally being for example between about 2 ⁇ m and about 100 ⁇ m, for example between about 2 ⁇ m and about 80 ⁇ m , for example about 4 ⁇ m and about 80 ⁇ m.
  • a minimum width of the facets will be greater than approximately 4 times, advantageously greater than approximately 8 times, the grating period.
  • the facets generally have a substantially rectangular shape.
  • the dimension of the facets along the x axis included in an xy plane (plane p) parallel to the plane of the component and perpendicular to the axis defines the width of a pixel, i.e. that is, an elementary region of the structure which reflects light in the same direction.
  • the facets Fi comprise slopes whose angular values a i are included, in absolute value, between a minimum angular value, for example 0° and a maximum angular value, for example between about 7° and about 15°.
  • the positive direction chosen for the measurement of the angular values of the slopes is the clockwise or anti-trigonometric direction.
  • the diffraction grating G is a one-directional diffraction grating, characterized by a pitch or period d and a depth t.
  • d pitch or period
  • t depth
  • the structure S resulting from the modulation of the first pattern comprising all the facets by the diffraction grating G comprises a set of facets Fi each supporting a one-dimensional diffraction grating Gi.
  • the facets Fi each have with respect to the plane p parallel to the plane of the component an angle a i.
  • the projection on each facet Fi of a diffraction grating G of constant pitch d and whose grating vector has a direction collinear with the direction of variation of the slope can result in a projected grating Gi of variable pitch, referenced Î/ M on diagram 23. Since the slopes of the facets have low angular values, typically less than 15° in absolute value, the effect of these variations in grating pitch on the different facets can be neglected in most embodiments.
  • the first-order G diffraction grating presents a sinusoidal profile.
  • Other profiles are possible, such as, for example, a quasi-sinusoidal profile, defined as a sum of sinusoids with adjustable amplitudes and phases depending on the expected profile, or a rectangular profile.
  • Such profiles symmetrical, have the advantage of presenting a diffraction efficiency similar to the order + 1 and to the order -1.
  • symmetrical network profile we understand a network whose profile has a central symmetry (relative to a point).
  • the method of recording the structure can be carried out with a view to the manufacture of the optical security components, as will be described in more detail later.
  • the period d of the diffraction grating, the maximum angular value a of the slopes, measured in absolute value, and the viewing angle are determined to observe an achromatic animation in a first part of the angular range of tilt around the specular reflection, and to observe the same animation, iridescent, in a second part of the angular range of tilt, the iridescent animation being linked with the achromatic animation on either side of said first part of the tilt angular range.
  • FIG. 3 shows a diagram illustrating the desired sequence of iridescent animations and achromatic animation, during a tilt movement of an optical security component 40 according to the present description.
  • a L the lighting axis, for example vertical lighting corresponding to natural light
  • Do the observation axis corresponding to the direction of observation by an observer (symbolized by an eye in FIG. 3)
  • 0 Obs the angle of observation between the axes A L and Do.
  • 0 Obs is assimilated to the absolute value of the angular measurement of the observation angle.
  • tilt a rotation
  • the tilt axis is therefore substantially parallel to the x axis (FIG. 2).
  • the directions of illumination and observation are fixed and the tilt movement of the component results in a variation of the angle of incidence 0i of the incident light on the component, defined with respect to an axis D N normal to the plane of the component.
  • the positive direction of the angle of incidence is the narrow trigonomic direction.
  • the diffraction angle 0 O is thus defined by the angle between the normal to the component and the direction of observation Do.
  • the positive direction of the diffraction angle is, as for the angle of incidence, the trigonometric direction.
  • the second part of the tilt angular range comprises an angular range A0R. and an angular range A0R+ corresponding respectively, from the point of view of an observer, to a tilt of the optical safety component towards the rear or towards the front.
  • the iridescent animation is a "rainbow" animation in which an observer sees the colors of the rainbow scrolling.
  • the iridescent animation is a "rainbow" animation in which an observer sees the colors of the rainbow scrolling.
  • 4 colors of the rainbow are represented, symbolized by textures, namely red (texture 311), yellow (texture 312), green (texture 313), blue (texture 314 ).
  • FIGS 4A - 4C illustrate in more detail an example of visual dynamic effect obtained with an optical security component according to the present description.
  • the optical security component comprises in this example two diffractive structures according to the present description, a structure 401 forming a number “2” and a structure 402 forming a number “5”.
  • the diffractive structures have delimited contours for example thanks to a demetallization, or more generally thanks to the localized suppression of the reflective layer or in other exemplary embodiments, due to a delimitation of the structure itself.
  • FIG. 4B illustrates the achromatic animation effect in the first angular tilt range referenced DQ B in FIG. 3. More specifically, diagram 44 corresponds to the position of the optical security component 40 referenced 4 in FIG. 3, diagram 45 corresponds to the position of the optical security component 40 referenced 5 in FIG. 3 (central position corresponding to the specular reflection), diagram 46 corresponds to the position of the optical security component 40 referenced 6 in FIG. 3.
  • the achromatic animation comprises for example a displacement of circular white lines on a black background.
  • FIG. 4A illustrates the iridescent animation effect in the second part of the tilt angular range referenced A0R+ in FIG. 3 and which corresponds, from the point of view of the observer, to a forward tilt movement of the component. More precisely, diagram 41 corresponds to the position of the optical security component 40 referenced 1 in FIG. 3, diagram 42 corresponds to the position of the optical security component 40 referenced 2 in FIG. 3, diagram 43 corresponds to the position of the optical security component 40 referenced 3 in FIG. 3. In FIG. 4A, each color is illustrated by a texture similar to that used in FIG. 3.
  • FIG. 4C illustrates the iridescent animation effect in the second part of the tilt angular range referenced A0R. in FIG. 3 and which corresponds, from the point of view of the observer, to a tilt movement of the component backwards. More precisely, diagram 47 corresponds to the position of the optical security component 40 referenced 7 in FIG. 3, diagram 48 corresponds to the position of the optical security component 40 referenced 8 in FIG. 3, diagram 49 corresponds to the position of the optical security component 40 referenced 9 in FIG. 3. In FIG. 4C, each color is illustrated by a texture similar to that used in FIG. 3.
  • an achromatic dynamic visual effect is observed around the specular reflection which, as explained in more detail below, results from the arrangement of the facets forming the first pattern and on both sides we observe the same dynamic but iridescent visual effect, with a parade of rainbow-like colors.
  • the iridescent effect results from the diffraction at orders +1 and -1 of the grating (respectively for the angular ranges of tilt Dqk- and Dqk-) which modulates the facets.
  • the iridescent animation is chained on either side of the chromatic animation.
  • FIGS 4A - 4C it is thus possible to define two particular angles of incidence, respectively 0G (diagrams 43 and 44) and 0 / (diagrams 46 and 47) which correspond to the transition angles of incidence between respectively l achromatic animation and iridescent animation at order +1 and achromatic animation and iridescent animation at order -1.
  • one begins by determining the structure of the first pattern, that is to say the positions of the facets, their dimensions and the slopes of the facets to obtain the achromatic animation sought in the first part of the tilt angular range (DQ B in FIG. 3).
  • FIG. 5 A shows an example of the spatial distribution of the widths of facets making it possible to produce a dynamic effect (diagram 51) as well as diagrams illustrating the angular values of the slopes of the facets as a function of the width, as a tool for designing the first pattern in a component safety optics according to the present description to construct the desired animation.
  • diagram 51 represents a curve 510 illustrating, in a first arrangement of facets configured to produce a dynamic effect, the spatial distribution of the widths of the facets along F axis y of variation of the slope (see FIG. 2).
  • the variation of the widths is decreasing, which translates at constant height h of the facets into a continuous and increasing variation of the angular values of the slopes, with the aim of simulating a concave reflective element.
  • diagram 51 illustrates a continuous decreasing variation which follows a mathematical curve which can be written as + b, where a and b are the adjustment parameters of the function. Note that other functions can be used.
  • the variation of the widths and angles of the facets comprises discrete values chosen according to the size of the diffractive structure. Thus, for example, if it is sought to produce a “wave” type effect in a region of given size, it will be possible to choose a greater number of facets in a larger region and the dynamic effect will be more fluid and continuous.
  • Diagram 52 thus represents angular values of slopes (in degrees) of the facets as a function of the facet widths, for two facet heights, namely 1 ⁇ m (curve 521) and 0.5 ⁇ m (curve 522), for an arrangement of facets configured to form a dynamic effect equivalent to that of a concave optical element.
  • the width of the facets is decreasing, which results, at constant height, in an increasing variation in the angular value of the slope of the facets.
  • diagram 53 represents angular values of slopes (in degrees) of the facets according to the widths of the facets, for two heights of the facets, namely 1 ⁇ m (curve 531) and 0.5 ⁇ m (curve 532) , for an arrangement of facets configured to form a dynamic wave-like (convex) effect.
  • the width of the facets is increasing then decreasing, which results, at constant height, in a decreasing variation in the angular value of the slope of the facets, then increasing.
  • variable angle and width facets as depicted in FIG. 5 A are exploited to design the first pattern of the structure which will make it possible to generate the achromatic animation in the first angular range of tilt DQ B .
  • each of the facets considered makes it possible to return the light towards a given direction according to the slope of the facet and according to a precise angular distribution.
  • the facets participating in the movement (“active” facets) are those whose response allows energy to be returned in the direction D 0 (i.e. towards the observer handling the document ).
  • the "active" facets will appear white (on) while the other facets will appear black (off).
  • the observation angle 0 O bs equal to the absolute value of the angle between the direction of illumination AL, for example a direction of vertical illumination, and the direction of observation Do.
  • the viewing angle 0 O bs is between about 30° and about 60° in air.
  • the observation angle is equal to approximately 45° in the air.
  • the first part of the angular range measured in the air AQ B is equal to 21.5°.
  • the optical response of each of the facets is studied for a given illumination defined by the tilt of the sample.
  • the optical response of a facet of width A and depth h is obtained by calculating the Fourier transform TF of the phase shift Df undergone by a light ray incident on the optical security component with an angle
  • the phase shift Df is expressed by:
  • l is a central working length of the visible range, for example 550 nm
  • // / is the index of the first layer of dielectric material (113, FIG. 1 A and FIG. IB)
  • h is the height of the facets .
  • the optical response of the facet is thus expressed by:
  • u is the spatial frequency given by: [Math 3]
  • the optical response of the facets with slope a L corresponds to a diffractive lobe obtained by considering the envelope of the amplitude of the diffracted orders for wavelengths ranging from 400 nm to 800 nm.
  • FIG. 5B Examples of diffractive lobes are shown in FIG. 5B where three scenarios have been modeled. Each of the cases corresponds to a different tilt of the document.
  • the angle of incidence e L (angle defined between the direction D N normal to the plane of the component and the direction of illumination of the light source A L ) is therefore also distinct. This angle takes the value of 7.68° (diagram 57), 15° (diagram 58), and 21.8° (diagram 59).
  • the diffractive lobes of three facets are represented: Two opposite facets with angles -7.1° and 7.1° corresponding to a width of 8 ⁇ m and a depth of 1 ⁇ m (curves 502 and 503 respectively) and a central facet with a substantially zero angle (curve 501) corresponding to a width of 80 ⁇ m and a depth of 1 ⁇ m.
  • the facets with an angle of substantially zero slope that allow the light to be returned to the eye (specular reflection), the direction of observation by an observer handling the document being symbolized by an eye in diagram 58 (curve 501).
  • the facets of substantially zero slope angle will appear "active".
  • the diffractive lobes 502 and 503 return energy outside the axis of observation, the corresponding facets will appear extinguished.
  • the angle is modified and the diffractive lobes are translated by a value of A6 L corresponding to the variation of the angle undergone following a tilt of the sample.
  • tilt angles of the sample and the angle of incidence are distinct due to the refraction of the light undergone following the change of interface of index air/ .
  • Diagram 57 corresponds to lighting with an angle of incidence of 7.68°, in this case the facet which participates in the achromatic animation is the one whose diffractive lobe is returned towards the direction A 0.
  • the facet participating in the The visual effect in figure 57 is the -7.1° angle facet (curve 502).
  • the direction of observation by an observer is symbolized by an eye.
  • the first pattern can therefore be designed by a spatial arrangement of facets with variable slopes, the facets being determined to return the light energy in the direction of the observer, for a given angle of incidence which corresponds to a given angle of tilt .
  • FIG. 5C shows a diagram of an arrangement of facets Fi in a region of the structure used to form the number "2" (FIG. 4A - 4C).
  • “Pixels” Pi can be defined as being spatial regions containing one facet or several adjacent facets of the same width and of the same slope angle.
  • a pixel can have a rectangular shape with at least one dimension less than 100 ⁇ m, advantageously less than approximately 60 ⁇ m so as not to be visible to the eye. Of course, other shapes of pixels can be envisaged.
  • Each "pixel” forms a point of light for a given tilt angle of the component. One can thus create the achromatic animation as illustrated in FIG. 4B.
  • the same facets modulated by the G grating generate an iridescent animation in a second part of the tilt angular range.
  • the period d of the diffraction grating can be chosen as a function of the maximum angular value a of the slopes, measured in absolute value, and of the angle of observation to observe an achromatic animation in a first part of the angular range of tilt around the specular reflection, and to observe the same animation, iridescent, in a second part of the angular range of tilt, the iridescent animation being linked with the achromatic animation on either side of said first part of the tilt angular range.
  • the period d of the grating G advantageously respects the following condition:
  • ⁇ _ _ V is _ ni (sin(0 o3 ⁇ 4s,n1 ) - sin(0f Tli - 2 ⁇ a max ⁇ ))
  • [Math 5] is the angle of incidence of transition between the achromatic and iridescent animations in the medium of index ni, namely the transition between positions 6 and 7 of the optical security component 40 as referenced in FIG. 3 taking into account the refraction ai r/ni . and: [Math 6]
  • Avis is the wavelength with which we want to start the iridescent animation, for example Avis is between about 400 nm and about 450 nm.
  • d is chosen equal to 502 nm by applying the equation defined above.
  • FIG.6 describes the diffracted wavelengths (+1 and -1 orders) by different facets modulated by the grating G, returned towards the direction A 0 according to the angle of incidence, when the component is illuminated in white light in the direction of illumination A N .
  • Curves 61, 62, 63, 64 and 65 correspond respectively to facets with angles ⁇ 7.1°, ⁇ 3.55°, 0°, +3.55° and +7.1°, overmodulated by a grating of period 520 nm.
  • the total tilt angular range is divided into 3 angular ranges, an iridescent animation range Dq b _ corresponding to the -1 order diffraction, an achromatic animation range of tilt DQ B around the specular reflection and a second iridescent animation range Dq k+ corresponding to diffraction of order +1.
  • each of the facets modulated by the grating G diffracts a different wavelength in the direction of observation. This wavelength depends on the slope specific to each facet.
  • the chromatic dispersion generated by the different facets modulated by the grating G follows the same graphic pattern previously defined on the first tilt range.
  • curves 70, 71, 72 and 73 illustrate the -1 order grating efficiency curve as a function of grating depth for four grating periods, namely 400 nm, 460 nm, 520 nm, 580 nm respectively for an incident light wavelength corresponding to 550 nm.
  • This curve makes it possible to optimize the value of the depth of the diffraction grating G. For example, for a grating G with a period of 520 nm, a depth / of 150 nm can be chosen to have maximum diffraction efficiency at order 1 and -1.
  • FIGS. 8 and 9A, 9B Examples of optical security components for securing valuable documents are illustrated by means of FIGS. 8 and 9A, 9B.
  • FIG. 8 shows an example of an optical security component of the “patch” or stamp type according to the present description, for example a label, the patch being configured to be fixed for example on a banknote or a product.
  • the optical security component comprises a stack of layers, for example a stack of layers as illustrated in FIG. IB, the layer 118 then being able to be an adhesive layer.
  • the optical security component comprises a first diffractive structure etched in the first layer (113, FIG. 1B) and delimited by the outline referenced 81 in FIG. 8, this first diffractive structure being in accordance with the present description to generate an effect achromatic dynamic visual in a first angular tilt range and the same dynamic, but iridescent, visual effect in angular tilt ranges on either side of the first angular tilt range.
  • the optical security component also comprises other structures delimited by the contours 82, 83 and 84. These may be, for example, diffusing structures, holographic structures or diffracting structures making it possible to produce so-called Alphagram® effects.
  • a reflective layer (114, FIG. IB), for example a metallic or high-index layer, can be applied to the whole of the component, the regions 81, 82, 83, 84 being distinguished only by differences in the structure etched in the first layer.
  • FIG. 9A shows a diagram illustrating an example of a document of value 900, for example a banknote, secured with an optical security component 91 according to the present description
  • FIG. 9B is a diagram showing an enlargement of the secure document illustrated in FIG. 9A.
  • the optical security component comprises a stack of layers, for example a stack of layers as illustrated in FIG. 1 A, the layer 117 possibly being, for example, a layer of hot-reactivable adhesive, for the transfer of the optical security component onto the support of the banknote 900.
  • the optical security component 91 comprises a first diffractive structure etched in the first layer (113, FIG. 1B) and delimited by the contour in the shape of a “2” referenced 911 in FIG. 9A as well as a second diffractive structure etched in the first layer and delimited by the contour in the shape of a "5" referenced 912.
  • These two diffractive structures are diffractive structures in accordance with the present description for generating an achromatic dynamic visual effect in a first tilt angular range and the same dynamic, but iridescent, visual effect in tilt angular ranges on either side of the first tilt angular range.
  • the animations resulting from the two diffractive structures may exhibit different patterns.
  • the second layer (reflecting) is non-existent locally to reveal regions 915 in which appears the support of the banknote on which the optical security component is fixed.
  • the reflective layer (114, FIG. 1 A) does not completely cover the diffractive structure.
  • the first pattern forming said diffractive structure may have regions 918 in which there is no modulation with the order 1 grating. These regions will not be perceptible when the optical safety component undergoes a tilt movement in the first angular range (achromatic animation) but will appear black to an observer when the optical safety component undergoes a tilt movement in the tilt angular ranges on both sides other side of the first angular range of tilt. It is thus possible to offer additional protection with a message that only appears at high tilt angles, during the iridescent animation.
  • the regions 918 could be modulated by a second grating different from the first grating, for example a second grating of order 1 of pitch and/or orientation different from those of the first grating so as either to cause a spectral shift of the iridescence, or to allow azimuthal control in the case where the orientation is different from the direction of the first grating of order 1 which modulates the rest of the first pattern.
  • a second grating different from the first grating for example a second grating of order 1 of pitch and/or orientation different from those of the first grating so as either to cause a spectral shift of the iridescence, or to allow azimuthal control in the case where the orientation is different from the direction of the first grating of order 1 which modulates the rest of the first pattern.
  • the optical security component illustrated in FIGS 9A, 9B further comprises another structure delimited by the contour 913. It may be for example a diffractive structure comprising a set of facets as described in the present description but not modulated by a diffraction grating. Thus, region 913 will present an achromatic dynamic visual effect to an observer. It is for example possible to calculate the angular range of tilt of region 913 to observe an achromatic animation over the entire angular range of tilt over which the animations of regions 911 and 912 are visible. In this way, we can simultaneously observe achromatic and iridescent animations in the component.
  • FIGS. 10A and 10B illustrate an example of an original "visual scenario", obtained by means of an example of an optical security component according to the present description.
  • FIG. 10A thus illustrates diagrams 1001 and 1002 respectively illustrating designs of a first pattern and a second pattern.
  • the first pattern 1012 comprises a set of facets arranged according to the present description to produce, when the component is illuminated in white light along the axis of illumination A L , a dynamic visual effect observable in reflection under the effect of a tilt movement and within the given tilt angular range AG t u t.
  • the first pattern is delimited in this example by a disc and interrupted in regions 1011, the regions 1011 forming a first recognizable graphic object, here the outline of a bulb and of a base of the bulb.
  • the diagram 1002 symbolizes the second pattern 1022, that is to say a network of order 1 (network G, FIG. 2) which modulates the first pattern. It is present over the whole of the first pattern except in regions 1021 which correspond on the one hand to regions 1011 in which there is no first pattern but also to additional regions which form a second recognizable graphic object, in this example a light bulb filament and light rays.
  • FIG. 10B shows diagrams illustrating, according to the predefined visual scenario, the achromatic and iridescent visual animations obtained thanks to the patterns as schematized in FIG. 10A.
  • an achromatic animation 1003 is observed over the entire component except at the places 1011 in which there is no first pattern . An observer therefore sees the outline of a bulb and the base during the achromatic animation (first graphic object).
  • the animation continues in the second part of the angular range of tilt but in an iridescent way thanks to the presence of the first diffractive grating of order 1, except at the places corresponding to the regions 1011 (no first pattern) and 1021 (no first pattern or second pattern).
  • An observer thus sees appear during the achromatic animation, in addition to the outline of the bulb and the base, the filament and the rays (second graphic object).
  • the resulting structure thus produces a blinking scenario during the tilt between the first and second parts of the tilt angular range.
  • the observer perceives a light bulb which "lights up" during the iridescent animation and "goes out” during the achromatic animation, the whole being visible on a disc shaped animated background.
  • a first step comprises the design of said at least one first diffractive structure according to the methods described above, and any other structures.
  • the optical master is for example an optical support on which the structure(s) are formed.
  • the optical master can be formed by electronic or optical lithography methods known from the state of the art.
  • the optical master is produced by etching a resin sensitive to electromagnetic radiation using an electron beam.
  • the structure having the first pattern modulated by the second pattern can be etched in a single step.
  • an optical lithography (or photolithography) technique can be used.
  • the optical master is in this example a plate of photosensitive resin and the origination step is carried out by one or more exposures of the plate by projection of masks, of the phase mask type and/or of the amplitude mask type, followed by development in an appropriate chemical solution.
  • a first exposure is produced by projection of amplitude masks whose transmission coefficients are adapted so that, after development, a relief corresponding to the first pattern is formed, in the regions in which the first pattern is provided.
  • a second global exposure is carried out, according to interference photolithography methods known to those skilled in the art, a diffraction grating (diffraction grating G, FIG.
  • a step of matrix duplication of the metal master can be carried out to obtain a large-scale production tool suitable for replicating the structure in industrial quantities.
  • the manufacture of the optical security component then comprises a replication step.
  • the replication can be carried out by stamping (by hot pressing of the dielectric material in English "hot embossing") of the first layer 113 (FIGS. 1 A, IB) in dielectric material of refractive index m, for example a low index layer, typically a stamping varnish a few microns thick.
  • Layer 113 is advantageously carried by support film 111, for example a 12 ⁇ m to 100 ⁇ m film of polymer material, for example PET (polyethylene terephthalate).
  • Replication can also be made by molding the layer of stamping varnish before drying and then UV curing (“UV casting”). Replication by UV crosslinking makes it possible in particular to reproduce structures having a large depth amplitude and makes it possible to obtain better fidelity in the replication.
  • any other high-resolution replication method known from the prior art can be used in the replication step.
  • the deposition on the layer thus embossed of all the other layers for example the reflective layer 114, the layer of dielectric material 115 (optional), the security layer 116 (optional) which can be deposited uniformly or selectively to figure a new pattern and the glue or varnish type layer (117, 118) by a coating process.
  • optical security component according to the invention and the method of manufacturing said component comprise various variants, modifications and improvements which will appear obvious to those skilled in the art. , it being understood that these various variants, modifications and improvements form part of the scope of the invention as defined by the following claims.

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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Credit Cards Or The Like (AREA)

Abstract

L'invention concerne un composant optique de sécurité (40) configuré pour être observé en réflexion dans une direction d'observation (ΔO) faisant un angle d'observation (θobs) avec une direction d'éclairage (ΔL). Le composant comprend une structure diffractive avec un premier motif constitué d'un ensemble de facettes parallèles, présentant des pentes variables selon une direction de variation de la pente, agencées pour produire un effet visuel dynamique dans une plage angulaire de tilt donnée (Δθtilt). Dans au moins une région, le premier motif est modulé par un réseau déterminé pour produire un effet de diffraction en réflexion à l'ordre 1 et à l'ordre -1. La période du réseau, la valeur angulaire maximale des pentes et l'angle d'observation sont déterminés pour produire une animation achromatique dans une première partie (ΔθB) de la plage angulaire de tilt et pour produire la même animation, iridescente, dans une deuxième partie (ΔθR-; ΔθR+) de la plage angulaire de tilt s'enchaînant avec l'animation achromatique de part et d'autre de la première partie de la plage angulaire de tilt.

Description

Composants optiques de sécurité visibles en réflexion, fabrication de tels composants et documents sécurisés équipés de tels composants
Domaine technique de l'invention
La présente description concerne le domaine du marquage de sécurité. Plus particulièrement, elle se rapporte à des composants optiques de sécurité visibles en réflexion pour vérifier G authenticité d’un document, à un procédé de fabrication d’un tel composant et à un document sécurisé équipé d’un tel document.
État de la technique
On connaît de nombreuses technologies pour l’authentification de documents ou de produits, et notamment pour la sécurisation de documents tels que des documents de valeur, des documents de type billets de banque, passeports ou autres documents d’identification. Ces technologies visent à la production de composants optiques de sécurité dont les effets optiques en fonction des paramètres d’observation (orientation du composant par rapport à l’axe d’observation, position et dimensions de la source lumineuse, etc.) prennent des configurations très caractéristiques et vérifiables. Le but général de ces composants optiques est de fournir des effets optiques nouveaux et différenciés, à partir de configurations physiques difficilement reproductibles. Parmi ces composants, on appelle DOVID pour "Diffractive Optical Variable Image Device", les composants optiques produisant des images diffractives et variables que l'on appelle communément les hologrammes.
Il est connu par exemple de générer un effet consistant en une variation dynamique d’un effet optique, par exemple sous forme de déplacement dans une direction donnée d’une zone lumineuse et/ou colorée, parfois appelée « barre déroulante » ou « rolling bar » selon l’expression anglo-saxonne, le déplacement résultant d’une rotation (tilt) du composant. Un observateur peut alors observer une zone lumineuse et/ou colorée qui se déplace le long d’une image lorsqu’il fait tourner le composant, ce qui constitue un contrôle d’authentification supplémentaire.
De tels effets optiques dynamiques présentant des « barres déroulantes » sont par exemple décrits dans la demande de brevet publiée WO2015154943 [Réf. 1] au nom de la déposante. Un composant optique de sécurité décrit dans la demande précédemment citée présente un effet visible en réflexion. Le composant optique de sécurité comprend une structure diffractive gravée sur une couche d’un matériau diélectrique. La structure présente un premier motif comprenant un bas-relief avec un premier ensemble de facettes dont les formes sont déterminées pour simuler une série d’éléments optiques cylindriques concaves ou convexes, visibles en réflexion, ce premier motif étant modulé par un deuxième motif formant un réseau sub longueur d'onde. Un tel composant optique de sécurité présente un effet visuel dynamique de bandes lumineuses de couleurs différentes et défilantes dans des directions opposées lorsqu’il subit une rotation en tilt autour d’un axe parallèle à l’une des directions principales des éléments cylindriques.
Des effets visuels dynamiques plus complexes que ceux présentés dans la [Réf. 1], comme par exemple le croisement de deux segments de droite se « déplaçant » dans le même sens à des vitesses différentes ou dans des sens opposés, et/ou le mouvement d’un segment de droite oblique, sont décrits dans la demande de brevet publiée WO2018224512 [Réf. 2] au nom de la déposante.
Pour accéder à ces effets visuels dynamiques, le composant optique de sécurité décrit dans [Réf. 2] comprend une première couche en matériau diélectrique et une structure diffractive gravée sur la première couche. La structure diffractive comprend un premier motif avec un ensemble de modules disposés côte à côte, selon une direction d’agencement donnée, une largeur maximale de chaque module, définie dans la direction d’agencement, étant inférieure à 300 pm. Chaque module comprend un bas-relief avec un premier ensemble de facettes dont les formes sont déterminées pour simuler un élément optique visible en réflexion, avec au moins une région convexe ou concave, ledit élément optique présentant un profil avec une pente continûment variable selon une seule direction, dite direction de variation de la pente, perpendiculaire à la direction d’agencement. Par ailleurs, pour deux modules disposés côte à côte, la pente selon au moins une ligne parallèle à la direction d’agencement est différente entre lesdits deux modules. Le nombre minimal de modules est déterminé par la largeur maximale des modules, de telle sorte que la structure diffractive soit visible à l’œil nu.
Un tel composant optique de sécurité présente, en réflexion et sous l’effet d’un mouvement de tilt autour d’un axe parallèle à ladite direction d’agencement, un effet visuel dynamique comprenant le mouvement d’un ou plusieurs éléments graphiques complexes, fonction de l’agencement desdits modules, et permet, par rapport à des barres déroulantes horizontales simples, une authentification plus sûre et une barrière technologique plus forte, du fait de la conception et de la fabrication des modules nécessaires pour obtenir l’effet visuel décrit ci- dessus.
Par ailleurs, le premier motif peut être modulé par un deuxième motif formant un réseau périodique de période sub longueur d’onde, déterminé pour produire, après dépôt d’une deuxième couche présentant une bande spectrale de réflexion dans le visible, un filtre résonant dans une bande spectrale donnée, permettant de combiner l’effet visuel dynamique à un effet coloré d’ordre 0.
La présente demande décrit un composant optique de sécurité avec une structure originale permettant non seulement d’accéder à des effets visuels dynamiques complexes ou « animations » tels que décrits dans [Réf. 2] mais permettant en outre de passer d’une façon continue d’une animation achromatique, blanche, à la même animation iridescente, par un simple mouvement de tilt du composant optique de sécurité sur une plage angulaire plus large, assurant une authentification encore plus robuste, par simple contrôle visuel et sans équipement spécifique.
Résumé de l’invention
Dans la présente description, le terme « comprendre » signifie la même chose que « inclure », « contenir », et est inclusif ou ouvert et n’exclut pas d’autres éléments non décrits ou représentés. En outre, dans la présente description, le terme « environ » ou « sensiblement » signifie la même chose que « présentant une marge inférieure et/ou supérieure à 10%, par exemple 5% », de la valeur respective.
Selon un premier aspect, l’invention concerne un composant optique de sécurité configuré pour être observé en réflexion, à l’œil nu, selon au moins une première face d’observation, dans une direction d’observation faisant un angle d’observation donné avec une direction d’éclairage donnée, le composant comprenant : une première couche en matériau diélectrique, transparente dans le visible; au moins une première structure diffractive gravée sur ladite première couche ; et une deuxième couche, recouvrant au moins en partie ladite première structure, et présentant une bande spectrale de réflexion dans le visible ; et dans lequel : ladite première structure diffractive comprend un premier motif constitué d’un ensemble de facettes parallèles, présentant des pentes variables selon une direction de variation de la pente, lesdites pentes comprenant des valeurs angulaires comprises en valeur absolue entre une valeur angulaire minimale et une valeur angulaire maximale, lesdites facettes comprenant une hauteur maximale donnée, ledit ensemble de facettes étant agencé pour produire, lorsque le composant est éclairé en lumière blanche selon ledit axe d’éclairage, un effet visuel dynamique observable en réflexion sous l’effet d’un mouvement de tilt selon un axe sensiblement perpendiculaire à la direction de variation de la pente, et dans une plage angulaire de tilt donnée ; dans au moins une première région, ledit premier motif est modulé par un deuxième motif formant un réseau périodique à une dimension de période prédéterminée comprise entre 450 nm et 650 nm, ledit réseau comprenant un vecteur réseau avec une direction colinéaire à la direction de variation de la pente, ledit réseau étant déterminé pour produire, après dépôt de la deuxième couche, un effet diffractif en réflexion à l’ordre 1 et à l’ordre -1, ladite période du réseau, ladite valeur angulaire maximale des pentes et ledit angle d’observation étant déterminés pour produire une animation achromatique dans une première partie de la plage angulaire de tilt autour de la réflexion spéculaire, et pour produire la même animation, iridescente, dans une deuxième partie de la plage angulaire de tilt, l’animation iridescente s’enchaînant avec l’animation achromatique de part et d’autre de ladite première partie de la plage angulaire de tilt.
Dans la présente description, une couche transparente dans le visible est définie comme une couche présentant une transmission d’au moins 70%, de préférence au moins 80% pour une longueur d’onde comprise dans le visible, c’est-à-dire une longueur d’onde comprise entre environ 400 nm et environ 800 nm. Une couche ainsi transparente rend possible une observation à l’œil nu des couches situées sous la couche transparente.
Dans la présente description, on appelle ensemble de facettes « parallèles » un ensemble de facettes présentant une variation de la pente dans une seule et même direction, appelée « direction de variation de la pente ». La pente des facettes peut varier cependant dans cette direction, dans des sens opposés.
On appelle « hauteur » d’une facette une distance entre un niveau le plus bas de la facette et un niveau le plus haut, la distance étant mesurée selon un axe perpendiculaire à un plan du composant.
On appelle généralement « mouvement de tilt » du composant, une rotation du composant selon un axe contenu dans le plan du composant.
La déposante a montré qu’un tel composant optique de sécurité présente, en réflexion et sous l’effet d’un simple mouvement de tilt autour d’un axe perpendiculaire à la direction de variation de la pente, un effet visuel dynamique ou « animation » achromatique, réflective et brillante autour de la réflexion spéculaire, puis la même animation iridescente qui s’enchaîne avec l’animation achromatique de part et d’autre de la première partie de la plage angulaire de tilt. Un tel effet permet une authentification plus sûre et une barrière technologique plus forte, du fait de la conception et de la fabrication du composant nécessaires pour obtenir l’effet visuel décrit ci-dessus.
La réflexion spéculaire correspond dans la présente description à la position du composant qui permet une réflexion de la lumière incidente avec un angle de réflexion de mesure opposée à celle de l’angle incident. Autrement dit, la normale au plan du composant sépare l’angle d’observation en deux secteurs angulaires de même mesure.
L’angle d’observation est par exemple défini par rapport à une direction d’éclairage verticale. Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, l’angle d’observation est compris entre environ 30° et environ 60°. Par exemple, l’angle d’observation est égal à environ 45°, ce qui correspond, pour un éclairage vertical, à une position d’observation classique pour un observateur.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ladite valeur angulaire minimale des pentes (en valeur absolue) est égale à 0°.
Selon un ou plusieurs exemples, ladite valeur angulaire maximale des pentes (en valeur absolue) est comprise entre environ 7° et environ 15°.
Par convention, dans la présente description, le sens positif pour la mesure des valeurs angulaires des pentes des facettes est le sens horaire (ou anti-trigonométrique).
Selon un ou plusieurs exemples, les facettes présentent une dimension dans la direction de la pente (ou « largeur ») supérieure ou égale à environ 4 fois, avantageusement supérieure ou égale à environ 8 fois ladite période du réseau. La dimension minimale pourra donc être choisie en fonction de la période du réseau. Par exemple, une dimension minimale de la largeur des facettes est égale à environ 2 pm.
Selon un ou plusieurs exemples, les largeurs des facettes sont comprises entre environ 2 pm et environ 100 pm, avantageusement entre environ 2 pm et environ 80 pm, avantageusement environ 4 pm et environ 80 pm.
Selon un ou plusieurs exemples, les facettes présentent une forme sensiblement rectangulaire et présentent une « longueur » mesurée dans une direction perpendiculaire à la direction de la pente. La longueur est par exemple inférieure à environ 100 pm.
Selon un ou plusieurs exemples, l’ensemble des facettes ont une hauteur sensiblement identique. La hauteur des facettes est par exemple inférieure à 2 microns, avantageusement inférieure à 1 micron.
Selon un ou plusieurs exemples, les facettes de l’ensemble des facettes présentent des hauteurs différentes. Dans ce cas cependant, les facettes présentent une hauteur maximale. Ladite hauteur maximale est par exemple inférieure à 2 microns, avantageusement inférieure à 1 micron.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, au moins une partie des facettes de l’ensemble de facettes sont agencées avec des pentes variables, dont la variation est croissante, respectivement décroissante, afin de simuler un élément réflectif avec une région convexe, respectivement concave. Dans la présente description, on parlera d’effet dynamique de type « demi-onde », l’effet visuel résultant d’un tel agencement de facettes lorsque les pentes des facettes présentent des valeurs angulaires dont la variation est croissante ou décroissante, mais qui sont de même signe. On parlera d’effet dynamique de type « onde » l’effet visuel résultant d’un tel agencement de facettes lorsque les pentes des facettes présentent des valeurs angulaires dont la variation est croissante ou décroissante, et pour lequel on observe au moins un changement de signe. Un effet dynamique de type « onde » ou « demi-onde » se manifeste pour un observateur, lors d’un mouvement de tilt du composant, comme un défilement continu d’une ligne de lumière blanche.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, l’ensemble des facettes comprend un ou plusieurs sous-ensembles de facettes configurés chacun pour produire un effet dynamique de type « onde ».
Selon un ou plusieurs exemples d’observation, ladite période du réseau de diffraction, ladite valeur angulaire maximale des pentes, mesurée en valeur absolue, et ledit angle d’observation sont déterminés de telle sorte que ladite première partie de la plage angulaire de tilt comprend une superposition angulaire (recouvrement) avec la deuxième partie de la plage angulaire de tilt comprise entre environ 1° et environ 10°, de préférence entre environ 3° et environ 8°, par exemple égale à environ 5°, de part et d’autre de la première partie de la plage angulaire. En concevant ainsi le composant optique de sécurité selon la présente description, on s’assure d’un enchaînement ininterrompu de l’animation iridescente avec l’animation achromatique de part et d’autre de ladite première partie de la plage angulaire de tilt. Dans un cas limite cependant, la superposition angulaire peut être nulle tant qu’il y a continuité entre l’animation achromatique et l’animation iridescente.
Selon un ou plusieurs exemples d’observation, ladite période du réseau de diffraction, ladite valeur angulaire maximale des pentes, mesurée en valeur absolue, et ledit angle d’observation sont déterminés de telle sorte que la plage angulaire de tilt soit comprise entre environ 45° et environ 120° (mesurée dans l’air).
Selon un ou plusieurs exemples d’observation, ladite période du réseau de diffraction, ladite valeur angulaire maximale des pentes, mesurée en valeur absolue, et ledit angle d’observation sont déterminés de telle sorte que la première partie de plage angulaire de tilt soit comprise entre environ 15° et environ 50° (mesurée dans l’air), avantageusement entre environ 20° et environ 35° (mesurée dans l’air).
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ladite période du réseau de diffraction, ladite valeur angulaire maximale des pentes, mesurée en valeur absolue, et ledit angle d’observation sont déterminés de telle sorte que la deuxième partie de plage angulaire de tilt (mesurée dans l’air) soit comprise, de part et d’autre de la première plage angulaire de tilt, entre environ 30° et environ 70°, avantageusement entre environ 40° et environ 60°.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ledit réseau de diffraction unidimensionnel est un réseau de diffraction à profil sinusoïdal. Un réseau à profil sinusoïdal est avantageux en ce qu’il permet une symétrie des efficacités de diffraction aux ordres +1 et -1 et de ce fait, une symétrie en termes d’efficacité visuelle pour l’animation iridescente de part et d’autre de l’animation achromatique. Cependant, d’autres profils de réseaux sont possibles, comme par exemple et de façon non limitative, un réseau de diffraction à profil pseudo-sinusoïdal, défini comme une somme de sinusoïdes d’amplitudes et de phase ajustables en fonction du profil escompté, un réseau de diffraction à profil rectangulaire, ou tout autre réseau de profil avantageusement symétrique pour avoir une efficacité visuelle similaire pour l’animation iridescente de part et d’autre de l’animation achromatique.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, une profondeur du réseau de diffraction est déterminée de manière à optimiser une efficacité de diffraction du réseau à l’ordre 1 et à l’ordre -1 à au moins une longueur d’onde du spectre visible, par exemple à une longueur d’onde centrale du spectre visible, par exemple autour de 550 nm.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la deuxième couche comprend un matériau métallique. Le matériau métallique comprend l’un des matériaux ou un alliage de matériaux choisis parmi : Aluminium (Al), Argent (Ag), Chrome (Cr), Or (Au), Cuivre (Cu). Par exemple, une épaisseur de la couche en matériau métallique est supérieure à environ 2 à 3 fois l’épaisseur de peau du métal ou alliage dont elle est formée dans la plage de fréquence du visible ; par exemple une épaisseur de la couche en matériau métallique est comprise entre environ 20 nm et environ 60 nm pour de l’aluminium.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le matériau diélectrique de la première couche présente un premier indice de réfraction et la deuxième couche comprend un matériau diélectrique présentant un deuxième indice de réfraction tel que la différence entre le deuxième indice de réfaction et le premier indice de réfraction est supérieure ou égale à environ 0,3, avantageusement supérieure ou égale à environ 0,5. Par exemple ladite deuxième couche comprend un matériau choisi parmi : sulfure de zinc (ZnS), dioxyde de titane (TiCh) nitrure de silicium (S13N4).
De manière générale, le matériau dont est formée la deuxième couche permet de conférer au composant une bande spectrale de réflexion dans le visible et de rendre visible ladite première structure diffractive. De tels matériaux adaptés pour ladite deuxième couche sont décrits par exemple dans le brevet US4856857 [Réf. 3] Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, une dimension minimale de la première structure est supérieure à 300 pm, de préférence supérieure à 1 mm, de préférence supérieure à 2 mm, de préférence supérieure à 5 mm. Une telle dimension minimale permet de rendre la structure visible à l’œil nu.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ladite première structure présente un contour formant, vue de la face d’observation, une forme graphique reconnaissable.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le composant optique de sécurité selon le premier aspect comprend au moins une deuxième structure gravée sur ladite première couche, ladite deuxième couche recouvrant au moins en partie ladite deuxième structure. La deuxième structure est configurée pour former par exemple et de façon non limitative, une structure diffusante, une structure holographique, une structure diffractante permettant de réaliser un effet dit Alphagram® développée par la déposante.
Lorsque le composant comprend au moins une deuxième structure, les structures peuvent être juxtaposées, chacune avec des formes reconnaissables.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ledit premier motif présente un contour formant, vue de la face d’observation, une forme graphique reconnaissable.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ledit premier motif est interrompu dans des régions formant, vue de la face d’observation, un objet graphique reconnaissable visible lors de l’animation achromatique et lors de l’animation iridescente.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, dans au moins une deuxième région, ledit premier motif n’est pas modulé ou est modulé par un troisième motif formant un réseau périodique différent dudit deuxième motif, ladite deuxième région formant, vue de la face d’observation, un objet graphique reconnaissable visible seulement lors de l’animation iridescente.
Il est ainsi possible de générer un « scénario visuel » grâce à des objets graphiques qui apparaissent soit lors des deux animations (achromatique et iridescente) soit seulement lors de l’animation iridescente.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le composant optique de sécurité selon le premier aspect comprend une ou plusieurs couches additionnelles en fonction des besoins de l’application, sans que cette ou ces couches additionnelles ne contribuent à l’effet visuel recherché.
Ainsi, selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le composant optique de sécurité est configuré pour la sécurisation d’un objet, par exemple un document ou un produit, et comprend en outre, sur la face opposée à la face d’observation, une couche adaptée pour le transfert du composant sur le document ou le produit, par exemple une couche adhésive ou une couche d’adhésif réactivable.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le composant optique de sécurité comprend en outre, du côté de la première face d’observation, un film support destiné à être détaché après transfert du composant sur le document ou le produit.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le composant optique de sécurité est configuré pour la fabrication d’une piste de sécurité pour la sécurisation des billets de banque, et comprend du côté de la première face d’observation et/ou sur la face opposée à la première face d’observation, une ou plusieurs couches de protection.
Selon un deuxième aspect, la présente description concerne un objet sécurisé, par exemple un document de valeur sécurisé, comprenant un substrat et un composant optique de sécurité selon le premier aspect, déposé sur ledit substrat ou sur une des couches dudit substrat dans le cas d’un substrat multicouches.
Un tel objet sécurisé est par exemple, et de façon non limitative : un billet de banque, un document d’identité ou de voyage, sur substrat papier ou polymère.
Selon un troisième aspect, la présente description concerne des procédés de fabrication de composants optiques de sécurité selon le premier aspect.
Ainsi, la présente description concerne un procédé de fabrication d’un composant optique de sécurité destiné à être observé en réflexion, à l’œil nu, selon au moins une première face d’observation, le procédé comprenant : le dépôt sur un film support d’une première couche en matériau diélectrique, transparente dans le visible; la formation sur ladite première couche d’au moins une première structure diffractive, telle que : ladite première structure diffractive comprend un premier motif constitué d’un ensemble de facettes parallèles, présentant des pentes variables selon une direction de variation de la pente, lesdites pentes comprenant des valeurs angulaires comprises en valeur absolue entre une valeur angulaire minimale et une valeur angulaire maximale, lesdites facettes comprenant une hauteur maximale donnée, ledit ensemble de facettes étant agencé pour produire, lorsque le composant est éclairé en lumière blanche selon ledit axe d’éclairage, un effet visuel dynamique observable en réflexion sous l’effet d’un mouvement de tilt selon un axe de tilt sensiblement perpendiculaire à la direction de variation de la pente, et dans une plage angulaire de tilt donnée; dans au moins une première région, ledit premier motif est modulé par un deuxième motif formant un réseau périodique à une dimension, de période prédéterminée comprise entre 450 nm et 650 nm, ledit réseau comprenant un vecteur réseau avec une direction colinéaire à la direction de variation de la pente, ledit réseau étant déterminé pour produire, après dépôt de la deuxième couche, un effet diffractif en réflexion à l’ordre 1 et à l’ordre -1, le dépôt d’une deuxième couche, recouvrant au moins en partie ladite première structure diffractive, et présentant une bande spectrale de réflexion dans le visible, dans lequel ladite période du réseau, ladite valeur angulaire maximale des pentes et ledit angle d’observation sont déterminés pour produire en réflexion, après dépôt de ladite deuxième couche, une animation achromatique dans une première partie de la plage angulaire de tilt autour de la réflexion spéculaire, et pour produire la même animation, iridescente, dans une deuxième partie de la plage angulaire de tilt, l’animation iridescente s’enchaînant avec l’animation achromatique de part et d’autre de ladite première partie de la plage angulaire de tilt.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures suivantes :
La FIG. 1 A, illustre de façon schématique une vue en coupe (partielle) d’un exemple de réalisation d’un composant selon la présente description.
La FIG. IB, illustre de façon schématique une vue en coupe (partielle) d’un autre exemple de réalisation d’un composant selon la présente description.
La FIG. 2, des schémas illustrant des paramètres d’une structure diffractive dans un composant de sécurité selon la présente description.
La FIG. 3, un schéma illustrant l’enchaînement des animations iridescentes et de l’animation achromatique, lors d’un mouvement de tilt d’un composant optique de sécurité selon la présente description.
La FIG. 4A, des schémas illustrant selon un exemple, une première animation iridescente dans un composant optique de sécurité selon la présente description, en fonction de l’angle de tilt du composant, dans une première partie de la plage angulaire de tilt.
La FIG. 4B, des schémas illustrant, dans un composant optique de sécurité identique à celui de la FIG. 4 A, une animation achromatique en fonction de l’angle de tilt du composant, dans une deuxième partie de la plage angulaire de tilt, l’animation achromatique s’enchaînant avec la première animation iridescente.
La FIG. 4C, des schémas illustrant, dans un composant optique de sécurité identique à celui de la FIG. 4 A, une deuxième animation iridescente en fonction de l’angle de tilt du composant, dans une troisième partie de la plage angulaire de tilt, la deuxième animation iridescente s’enchaînant avec l’animation achromatique et présentant une inversion des couleurs vis-à-vis de la première animation iridescente.
La FIG. 5 A, des courbes illustrant respectivement : un exemple de répartition spatiale des largeurs des facettes, pour une hauteur déterminée, dans un agencement de facettes configuré pour produire un effet dynamique de type « demi-onde » ; des valeurs angulaires de pentes (en degrés) de facettes en fonction des largeurs de facettes, pour deux hauteurs de facettes, dans un agencement de facettes configuré pour produire un effet dynamique de type « demi- onde » ; des valeurs angulaires de pentes (en degrés) de facettes en fonction des largeurs de facettes, pour deux hauteurs de facettes, dans un agencement de facettes configuré pour produire un effet dynamique de type « onde ».
La FIG. 5B, un schéma illustrant un exemple de répartition des facettes pour former des « pixels ».
La FIG. 5C, des courbes illustrant l’effet des pentes des facettes pour trois angles de tilt du composant situés dans la première partie de la plage angulaire de tilt.
La FIG. 6, une courbe illustrant l’effet des pentes des facettes et du réseau, en fonction de l’angle de tilt du composant, dans la deuxième partie de la plage angulaire de tilt, de part et d’autre de la première partie de la plage angulaire de tilt.
La FIG. 7, des courbes montrant l’efficacité à l’ordre +1 ou -1 d’un réseau de diffraction à profil sinusoïdal, en fonction de la profondeur du réseau, pour une longueur d’onde de 550 nm.
La FIG. 8, un exemple de composant optique de sécurité selon la présente description, avec un format de type « patch ».
La FIG. 9A, un schéma illustrant un exemple d’un document de valeur, par exemple un billet de banque, sécurisé avec un composant optique de sécurité selon la présente description.
La FIG. 9B, un schéma montrant un agrandissement du document sécurisé illustré sur la FIG. 9A.
La FIG. 10A, des schémas illustrant respectivement des conceptions d’un premier motif et d’un deuxième motif dans un exemple de composant optique de sécurité selon la présente description.
La FIG. 10B, des schémas illustrant selon un scénario visuel donné, des animations visuelles achromatique et iridescente, basées sur les motifs tels que schématisés sur la FIG. 10A.
Description détaillée Sur les figures, les éléments ne sont pas représentés à l'échelle pour une meilleure visibilité.
La FIG. 1 A et la FIG. IB représentent de façon schématique et selon des vues en coupe (partielles) deux exemples de composants optiques de sécurité selon la présente description.
Le composant optique de sécurité 101 représenté sur la FIG. 1 A représente par exemple un composant optique de sécurité destiné à être transféré sur un document ou un produit en vue de sa sécurisation. Il comprend selon cet exemple un film support 111, par exemple un film en matériau polymère, par exemple un film en polyéthylène téréphtalate (PET) de quelques dizaines de micromètres, typiquement 15 à 100 pm, ainsi qu’une couche de détachement 112, par exemple en cire naturelle ou synthétique. La couche de détachement permet de retirer le film support en polymère 111 après transfert du composant optique sur le produit ou document à sécuriser. Le composant optique de sécurité 101 comprend par ailleurs une première couche 113 en matériau diélectrique, présentant un premier indice de réfraction ni et au moins une première structure diffractive S, comprenant un premier motif Mi, modulé par un deuxième motif M2 formant un réseau périodique, estampé sur ladite première couche 113 et qui sera décrite plus en détails par la suite.
Dans l’exemple de la FIG. 1 A, le composant optique de sécurité 101 comprend également une deuxième couche 114 recouvrant au moins en partie ladite première structure S, et présentant une bande spectrale de réflexion dans le visible. La deuxième couche 114 est par exemple une couche métallique ou une couche dite de variation d’indice présentant un indice de réfraction différent de celui de la première, la différence d’indice entre les couches 113 et 114 présentant une valeur au moins égale à 0,3, avantageusement une valeur au moins égale à 0,5. La couche 114 permet d’assurer la réflexion de la lumière incidente.
Le composant optique de sécurité comprend par ailleurs une ou plusieurs couches optionnelles, non fonctionnelles optiquement mais adaptées à l’application.
Par exemple, dans l’exemple de la FIG. 1 A, le composant optique de sécurité comprend en outre une couche d’adhésif 117, par exemple une couche d’adhésif réactivable à chaud, pour le transfert du composant optique de sécurité sur le produit ou document.
En pratique, comme cela sera détaillé par la suite, le composant optique de sécurité peut être fabriqué en empilant les couches sur le film support 111, puis le composant est transféré sur un document/produit à sécuriser grâce à la couche d’adhésif 117. Optionnellement, le film support 111 peut alors être détaché, par exemple au moyen de la couche de détachement 112. La face principale d’observation 100 du composant optique de sécurité se trouve ainsi du côté de la première couche 113 opposé à la face gravée de la couche 113.
Le composant optique de sécurité 102 représenté sur la FIG. IB représente par exemple un composant optique de sécurité destiné à la sécurisation de billets de banque ; il s’agit par exemple d’une partie d’un fil de sécurité destiné à être intégré dans le papier pendant la fabrication du billet ou d’une piste laminée couvrant une fenêtre dans le papier ou d’un patch. Dans cet exemple, le composant 102 comprend comme précédemment un film support 111 (12 à 25 pm) qui servira également de film de protection au fil de sécurité, et, comme dans l’exemple de la FIG. 1 A, une première couche 113 en matériau diélectrique présentant un premier indice de réfraction ni, au moins une première structure diffractive S, estampée sur ladite première couche 113, et une deuxième couche 114 recouvrant au moins en partie ladite première structure S, et présentant une bande spectrale de réflexion dans le visible. Le composant optique de sécurité 102 comprend par ailleurs, dans l’exemple de la FIG. IB, un ensemble des couches 115, 116, 118 optionnelles. La couche 115 (optionnelle) est par exemple une couche en matériau diélectrique 115, par exemple une couche transparente ; la couche 116 (optionnelle) est par exemple une couche de sécurité 116, par exemple une couche discontinue avec un motif spécifique imprimé localement avec une encre UV pour réaliser un marquage complémentaire contrôlable à l’œil ou en machine ; et la couche 118 (optionnelle) est par exemple une couche de protection, par exemple un deuxième film polymère ou un vernis. Dans le cas d’une piste laminée, la couche 118 peut être une couche adhésive. Comme dans l’exemple précédent, la fabrication peut être réalisée par empilement des couches sur le film support 111. La couche diélectrique 115 et la couche de sécurité 116 peuvent ne former qu’une seule couche. La couche de protection (ou couche adhésive) 118 et la couche 115 peuvent également ne former qu’une seule et même couche.
Il apparaîtra à l’homme du métier que d’autres couches non fonctionnelles optiquement peuvent être ajoutées en fonction des besoins de l’application dans chacun des exemples représentés sur les FIGS. 1 A et IB et que les variantes de réalisation présentées sur les FIGS.
1 A et IB peuvent être combinées.
A noter que si les couches additionnelles, non fonctionnelles optiquement, par exemple la couche 117, ou les couches 115, 116, 118, sont transparentes, ainsi que le support de destination, le composant optique de sécurité pourra être visible des deux côtés, avec une inversion des courbures des éléments optiques générés.
La FIG. 2 illustre plus en détails les paramètres d’une structure diffractive S (schéma 23) selon la présente description. La structure S est formée d’un premier motif Mi comprenant un ensemble de facettes Fi (schéma 22), ledit motif étant au moins partiellement modulé par un second motif M2 défini par la projection d’un réseau de diffraction à une direction référencé G (schéma 21) et défini dans un plan p parallèle au plan du composant (et parallèle de ce fait à la face d’observation 100).
L’ensemble des facettes Fi sont parallèles, c’est-à-dire qu’elles présentent une variation de la pente dans une seule et même direction, référencée^ dans l’exemple de la FIG. 2. Elles sont caractérisées par une hauteur /?, définie par la distance entre un niveau le plus bas de la facette et un niveau le plus haut, la distance étant mesurée selon un axe perpendiculaire au plan p parallèle au plan du composant, à savoir selon l’axe z dans l’exemple de la FIG. 2. Dans l’exemple de la FIG.2, les facettes ont toutes la même hauteur /?, ladite hauteur étant inférieure à environ 2 pm, avantageusement inférieure à environ 1 pm, par exemple comprise entre environ 0.5pm et environ l m.
Les facettes sont également caractérisées par une largeur A, définie par la dimension selon la direction^ de variation de la pente, la largeur étant généralement comprise par exemple entre environ 2 pm et environ 100 pm, par exemple entre environ 2 pm et environ 80 pm, par exemple environ 4 pm et environ 80 pm. Avantageusement, une largeur minimale des facettes sera supérieure à environ 4 fois, avantageusement supérieure à environ 8 fois, la période du réseau.
Les facettes présentent généralement une forme sensiblement rectangulaire. La dimension des facettes selon l’axe x compris dans un plan xy (plan p) parallèle au plan du composant et perpendiculaire à l’axe appelée « longueur » dans la présente description, définit la largeur d’un pixel, c’est-à-dire une région élémentaire de la structure qui renvoie la lumière dans la même direction. En général, on cherchera à ce que la longueur soit inférieure à environ 100 pm, avantageusement inférieure à 60 pm, pour ne pas être visible par l’œil.
Les facettes Fi comprennent des pentes dont les valeurs angulaires a, sont comprises, en valeur absolue, entre une valeur angulaire minimale, par exemple 0° et une valeur angulaire maximale, par exemple comprise entre environ 7° et environ 15°. Comme illustré sur la FIG. 2, dans la présente description, le sens positif choisi pour la mesure des valeurs angulaires des pentes est le sens horaire ou anti-trigonométrique.
Comme cela est illustré sur le schéma 21, le réseau de diffraction G est un réseau de diffraction à une direction, caractérisé par un pas ou période d et une profondeur t. On note kg le vecteur réseau qui est colinéaire à la direction^ de variation de la pente et dont le module est égal à 2 p/d.
Comme cela est visible sur le schéma 23 de la FIG. 2, la structure S résultant de la modulation du premier motif comprenant l’ensemble des facettes par le réseau de diffraction G, comprend un ensemble de facettes Fi supportant chacune un réseau de diffraction unidimensionnel Gi. Dans le composant selon la présente description, les facettes Fi présentent chacune par rapport au plan p parallèle au plan du composant un angle a,. La projection sur chaque facette Fi d’un réseau de diffraction G de pas constant d et dont le vecteur réseau présente une direction colinéaire à la direction de variation de la pente peut résulter en un réseau projeté Gi de pas variable, référencé Î/M sur le schéma 23. Les pentes des facettes présentant des valeurs angulaires faibles, typiquement inférieures à 15° en valeur absolue, on pourra négliger dans la plupart des exemples de réalisation, l’effet de ces variations du pas de réseau sur les différentes facettes.
Dans l’exemple de la FIG. 2, schéma 21, le réseau de diffraction G à l’ordre 1 présente un profil sinusoïdal. D’autres profils sont possibles, comme par exemple un profil quasi sinusoïdal, défini comme une somme de sinusoïdes d’amplitudes et de phase ajustables en fonction du profil escompté, ou un profil rectangulaire. De tels profils, symétriques, ont l’avantage de présenter une efficacité de diffraction similaire à l’ordre + 1 et à l’ordre -1. Par profil de réseau symétrique, on comprend un réseau dont le profil présente une symétrie centrale (par rapport à un point).
Une fois la structure S déterminée grâce à la définition du premier et du deuxième motif, le procédé d’enregistrement de la structure peut être effectué en vue de la fabrication des composants optiques de sécurité, comme cela sera décrit plus en détails par la suite.
Dans un composant optique de sécurité selon la présente description, la période d du réseau de diffraction, la valeur angulaire a maximale des pentes, mesurée en valeur absolue, et l’angle d’observation sont déterminés pour observer une animation achromatique dans une première partie de la plage angulaire de tilt autour de la réflexion spéculaire, et pour observer la même animation, iridescente, dans une deuxième partie de la plage angulaire de tilt, l’animation iridescente s’enchaînant avec l’animation achromatique de part et d’autre de ladite première partie de la plage angulaire de tilt.
La FIG. 3 montre un schéma illustrant l’enchaînement recherché des animations iridescentes et de l’animation achromatique, lors d’un mouvement de tilt d’un composant optique de sécurité 40 selon la présente description.
On note AL l’axe d’éclairage, par exemple un éclairage vertical correspondant à la lumière naturelle, on note Do l’axe d’observation correspondant à la direction d’observation par un observateur (symbolisé par un œil sur la FIG. 3) et 0Obs l’angle d’observation entre les axes AL et Do. Dans la suite de la description, on assimile 0Obs à la valeur absolue de la mesure angulaire de l’angle d’observation.
En opération, lors d’un contrôle de l’authenticité d’un document sécurisé au moyen d’un composant optique de sécurité conforme à la présente description, celui-ci subit une rotation (tilt) autour d’un axe de tilt D contenu dans le plan du composant et sensiblement perpendiculaire à la direction de variation de la pente. L’axe de tilt est donc sensiblement parallèle à l’axe x (FIG. 2).
En opération, les directions d’éclairage et d’observation sont fixes et le mouvement de tilt du composant se traduit par une variation de l’angle d’incidence 0i de la lumière incidente sur le composant, défini par rapport à un axe DN normal au plan du composant. Par convention, dans la présente description, le sens positif de l’angle d’incidence est le sens trigonom étriqué. Comme cela sera décrit plus en détails par la suite, la variation de l’angle d’incidence 0i se traduit par une variation de l’angle 0O de la lumière diffractée par la structure S comprenant le premier motif Mi modulé par le deuxième motif M2 (voir FIG. 2) tel que q0 =
Figure imgf000018_0001
— 0obs où
60bs est pris en valeur absolue. L’angle de diffraction 0O est ainsi défini par l’angle entre la normale au composant et la direction d’observation Do. Par convention, dans la présente description, le sens positif de l’angle de diffraction est, comme pour l’angle d’incidence, le sens trigonométrique. Sur le schéma de la FIG. 3, le composant optique de sécurité 40 est représentée dans une position centrale pour laquelle l’axe normal DN perpendiculaire au plan du composant coupe l’angle d’observation 0Obs en deux secteurs angulaires de même mesure (position de réflexion spéculaire pour laquelle 0O = - 0i).
Comme illustré sur la FIG. 3, on cherche à observer une animation achromatique dans une première partie DQB d’une plage angulaire de tilt A0tut, la première partie DQB de la plage angulaire de tilt se situant autour de la réflexion spéculaire. On cherche en outre à observer la même animation, iridescente, dans une deuxième partie de la plage angulaire de tilt, l’animation iridescente s’enchaînant avec l’animation achromatique de part et d’autre de ladite première partie de la plage angulaire de tilt. Ainsi, comme cela est illustré sur la FIG. 3, la deuxième partie de la plage angulaire de tilt comprend une plage angulaire A0R. et une plage angulaire A0R+ correspondant respectivement, du point de vue d’un observateur, à un tilt du composant optique de sécurité vers l’arrière ou vers l’avant.
L’animation iridescente est une animation « arc-en-ciel » dans laquelle un observateur voit défiler les couleurs de l’arc en ciel. Par souci de simplification, dans les figures, seules 4 couleurs de l’arc en ciel sont représentées, symbolisées par des textures, à savoir rouge (texture 311), jaune (texture 312), vert (texture 313), bleu (texture 314).
Les FIGS 4A - 4C illustrent plus en détails un exemple d’effet dynamique visuel obtenu avec un composant optique de sécurité selon la présente description. Le composant optique de sécurité comprend dans cet exemple deux structures diffractives selon la présente description, une structure 401 formant un chiffre « 2 » et une structure 402 formant un chiffre « 5 ». Les structures diffractives présentent des contours délimités par exemple grâce à une démétallisation, ou plus généralement grâce à la suppression localisée de la couche réflective ou dans d’autres exemples de réalisation, du fait d’une délimitation de la structure elle-même.
La FIG. 4B illustre l’effet d’animation achromatique dans la première plage angulaire de tilt référencée DQB sur la FIG. 3. Plus précisément, le schéma 44 correspond à la position du composant optique de sécurité 40 référencée 4 sur la FIG. 3, le schéma 45 correspond à la position du composant optique de sécurité 40 référencée 5 sur la FIG. 3 (position centrale correspondant à la réflexion spéculaire), le schéma 46 correspond à la position du composant optique de sécurité 40 référencée 6 sur la FIG. 3. Sur la FIG. 4B, l’animation achromatique comprend par exemple un déplacement de lignes blanches circulaires sur fond noir.
La FIG. 4A illustre l’effet d’animation iridescente dans la deuxième partie de plage angulaire de tilt référencée A0R+ sur la FIG. 3 et qui correspond, du point de vue de l’observateur, à un mouvement de tilt du composant vers l’avant. Plus précisément, le schéma 41 correspond à la position du composant optique de sécurité 40 référencée 1 sur la FIG. 3, le schéma 42 correspond à la position du composant optique de sécurité 40 référencée 2 sur la FIG. 3, le schéma 43 correspond à la position du composant optique de sécurité 40 référencée 3 sur la FIG. 3. Sur la FIG. 4A, chaque couleur est illustrée par une texture similaire à celle utilisée sur la FIG. 3.
La FIG. 4C illustre l’effet d’animation iridescente dans la deuxième partie de plage angulaire de tilt référencée A0R. sur la FIG. 3 et qui correspond, du point de vue de l’observateur, à un mouvement de tilt du composant vers l’arrière. Plus précisément, le schéma 47 correspond à la position du composant optique de sécurité 40 référencée 7 sur la FIG. 3, le schéma 48 correspond à la position du composant optique de sécurité 40 référencée 8 sur la FIG. 3, le schéma 49 correspond à la position du composant optique de sécurité 40 référencée 9 sur la FIG. 3. Sur la FIG. 4C, chaque couleur est illustrée par une texture similaire à celle utilisée sur la FIG. 3.
Ainsi, comme cela est illustré sur les FIGS 4A - 4C, on observe un effet visuel dynamique achromatique autour de la réflexion spéculaire qui, comme cela est expliqué plus en détails ci- dessous, résulte de l’agencement des facettes formant le premier motif et on observe de part et d’autre le même effet visuel dynamique mais iridescent, avec un défilé de couleurs de type arc-en-ciel. Comme cela est également détaillé ci-après, l’effet iridescent résulte de la diffraction aux ordres +1 et -1 du réseau (respectivement pour les plages angulaires de tilt Dqk- et Dqk-) qui module les facettes.
L’animation iridescente est enchaînée de part et d’autre de l’animation chromatique. Dans l’exemple des FIGS 4A - 4C, on peut ainsi définir deux angles d’incidence particuliers, respectivement 0G (schémas 43 et 44) et 0/ (schémas 46 et 47) qui correspondent aux angles d’incidence de transition entre respectivement l’animation achromatique et l’animation iridescente à l’ordre +1 et l’animation achromatique et l’animation iridescente à l’ordre -1.
A noter que comme cela est visible sur les FIGS 4A et 4C, on observe une inversion des couleurs entre les deux plages angulaires de tilt A0R+ et Dqk- Autrement dit les facettes qui diffractent par exemple du rouge vers l’observateur dans la plage angulaire A0R+ diffractent du bleu dans la plage angulaire A0R..
Nous décrivons maintenant les étapes de conception de la structure, et notamment le choix des paramètres tels qu’illustrés sur la FIG. 2, pour obtenir un effet visuel dynamique selon la présente description et illustré par exemple sur la FIG. 3 et les FIGS 4A - 4C.
Pour accéder aux effets visuels dynamiques décrits précédemment, on commence par déterminer la structure du premier motif, c’est-à-dire les positions des facettes, leurs dimensions et les pentes des facettes pour obtenir l’animation achromatique recherchée dans la première partie de la plage angulaire de tilt (DQB sur la FIG. 3).
La FIG. 5 A montre un exemple de répartition spatiale des largeurs de facettes permettant de produire un effet dynamique (schéma 51) ainsi que des schémas illustrant les valeurs angulaires des pentes des facettes en fonction de la largeur, comme outil de conception du premier motif dans un composant optique de sécurité selon la présente description pour construire l’animation recherchée.
Plus précisément, le schéma 51 représente une courbe 510 illustrant, dans un premier agencement de facettes configuré pour produire un effet dynamique, la répartition spatiale des largeurs des facettes selon F axe y de variation de la pente (voir FIG. 2). Comme cela est illustré sur le schéma 51, la variation des largeurs est décroissante, ce qui se traduit à hauteur constante h des facettes par une variation continue et croissante des valeurs angulaires des pentes, dans le but de simuler un élément réflectif concave.
Par exemple, le schéma 51 illustre une variation continue décroissante qui suit une courbe mathématique pouvant s’écrire en + b, où a et b sont les paramètres d’ajustement de la fonction. Notons que d’autres fonctions peuvent être utilisées. En pratique, la variation des largeurs et angles des facettes comprend des valeurs discrètes choisies en fonction de la taille de la structure diffractive. Ainsi par exemple, si Ton cherche à produire un effet de type « onde » dans une région de dimension donnée, on pourra choisir un nombre de facettes plus grand dans une région plus grande et l’effet dynamique sera plus fluide et continu.
En pratique, on pourra choisir, pour une hauteur h donnée des facettes, des largeurs de facettes fonction des angles de facettes recherchés.
Le schéma 52 représente ainsi des valeurs angulaires de pentes (en degrés) des facettes en fonction des largeurs de facettes, pour deux hauteurs de facettes, à savoir 1 pm (courbe 521) et 0,5 pm (courbe 522), pour un agencement de facettes configuré pour former un effet dynamique équivalent à celui d’un élément optique concave. Comme cela apparaît sur le schéma 52, la largeur des facettes est décroissante, ce qui résulte, à hauteur constante, en une variation croissante de la valeur angulaire de la pente des facettes.
De la même manière, le schéma 53 représente des valeurs angulaires de pentes (en degrés) des facettes en fonction des largeurs de facettes, pour deux hauteurs de facettes, à savoir 1 pm (courbe 531) et 0,5 pm (courbe 532), pour un agencement de facettes configuré pour former un effet dynamique de type « onde » (convexe). Comme cela apparaît sur le schéma 53, la largeur des facettes est croissante puis décroissante, ce qui résulte, à hauteur constante, en une variation décroissante de la valeur angulaire de la pente des facettes, puis croissante.
Les facettes d’angle et de largeur variables tel que décrites sur la FIG. 5 A sont exploitées pour concevoir le premier motif de la structure qui permettra de générer l’animation achromatique dans la première plage angulaire de tilt DQB.
Chacune des facettes considérées permet de renvoyer la lumière vers une direction donnée en fonction de la pente de la facette et selon une distribution angulaire précise. A angle d’incidence fixé, les facettes participant au mouvement (facettes « actives ») sont celles dont la réponse permet de renvoyer de l’énergie dans la direction D0 (c’est-à-dire vers l’observateur manipulant le document). Ainsi, quand le document est tilté dans la première partie de la plage angulaire de tilt DQB , les facettes « actives » paraîtront blanches (allumées) tandis que les autres facettes paraîtront noires (éteintes).
Pour obtenir l’effet optique présenté en FIG. 3 ou 4A - 4B, nous définissons tout d’abord l’angle d’observation 0Obs égal à la valeur absolue de l’angle entre la direction d’éclairage AL, par exemple une direction d’éclairage vertical, et la direction d’observation Do. Par exemple, l’angle d’observation 0Obs est compris entre environ 30° et environ 60° dans l’air. Par exemple, l’angle d’observation est égal à environ 45° dans l’air.
L’animation achromatique dans la première partie de la plage angulaire de tilt est définie en fonction de la pente maximale (en valeur absolue) des facettes amax, à savoir AQB nl = 2\amax\ où AQB nl est défini dans la première couche (113, FIGS 1 A, IB) d’indice de réfraction m. Dans l’air, cette plage angulaire est plus importante et correspond à AQB = arcsinin- sm(2\amax\)) . A titre d’exemple, pour une valeur d’indice de réfraction ni =1.5 et une valeur amax = 7.1°, la première partie de la plage angulaire mesurée dans l’air AQB vaut 21.5°.
Pour déterminer les facettes participant à l’effet visuel dynamique graphique, on étudie la réponse optique de chacune des facettes pour un éclairage donné défini par le tilt de l’échantillon. La réponse optique d’une facette de largeur A et de profondeur h est obtenue en calculant la transformée de Fourier TF du déphasage Df subi par un rayon lumineux incident sur le composant optique de sécurité avec un angle
Figure imgf000022_0001
Le déphasage Df s’exprime par :
[Math 1]
Figure imgf000022_0002
Où l est une longueur de travail centrale du domaine visible, par exemple 550 nm, /// est l’indice de la première couche en matériau diélectrique (113, FIG. 1 A et FIG. IB), h est la hauteur des facettes. La réponse optique de la facette s’exprime ainsi par :
[Math 2]
Figure imgf000022_0003
Où uest la fréquence spatiale donnée par : [Math 3]
Figure imgf000022_0004
Grâce à ce formalisme, nous pouvons prédire la distribution ainsi que la direction maximisant l’énergie renvoyée à l’ordre 0 par chacune des facettes pour un angle de tilt donné, ce qui permet de concevoir le premier motif de la structure pour produire l’animation recherchée.
En lumière blanche, la réponse optique des facettes de pente aL correspond à un lobe diffractif obtenu en considérant l’enveloppe de l’amplitude des ordres diffractés pour des longueurs d’onde allant de 400 nm à 800 nm. Le lobe diffractif d’une facette d’angle de pente aL est centré sur la position angulaire q0 = —qi + 2. aL.
Des exemples de lobes diffractifs sont présentés sur la FIG. 5B où trois cas de figures ont été modélisés. Chacun des cas correspond à un tilt du document différent. L’angle d’incidence eL (angle défini entre la direction DN normale au plan du composant et la direction d’éclairage de la source lumineuse AL) est donc également distinct. Cet angle prend comme valeur 7.68° (schéma 57), 15° (schéma 58), et 21.8° (schéma 59).
Dans chacun de ces cas, sont représentées les lobes diffractifs de trois facettes : Deux facettes opposées d’angles -7.1° et 7.1° correspondant à une largeur de 8 pm et une profondeur de 1 pm (respectivement les courbes 502 et 503) et une facette centrale d’angle sensiblement nul (courbe 501) correspondant à une largeur de 80pm et une profondeur de lpm.
Notons que plus la largeur des facettes est petite, plus le lobe diffractif est angulairement étendu, ce qui a pour conséquence un élargissement du faisceau réfléchi.
Le schéma 58 représente la position centrale pour laquelle l’axe normal DN perpendiculaire au plan du composant coupe l’angle d’observation A60bs en deux secteurs angulaires de même mesure (position de réflexion spéculaire), à savoir
Figure imgf000023_0001
= —q0.
Dans ce cas, ce sont les facettes d’angle de pente sensiblement nul qui permettent de renvoyer la lumière vers l’œil (réflexion spéculaire), la direction d’observation par un observateur manipulant le document étant symbolisée par un œil sur le schéma 58 (courbe 501). Ainsi, les facettes d’angle de pente sensiblement nul paraîtront « actives ». Les lobes diffractifs 502 et 503 renvoient de l’énergie en dehors de l’axe d’observation, les facettes correspondantes paraîtront éteintes.
En tiltant l’échantillon de part et d’autre, l’angle
Figure imgf000023_0002
est modifié et les lobes diffractifs sont translatés d’une valeur de A6L correspondant à la variation de l’angle subit suite à un tilt de l’échantillon.
Notons que les angles de tilt de l’échantillon et l’angle d’incidence sont distincts dû à la réfraction de la lumière subie suite au changement d’interface d’indice air/ .
Le schéma 57 correspond à un éclairage avec un angle d’incidence 7.68°, dans ce cas la facette qui participe à l’animation achromatique est celle dont le lobe diffractif est renvoyé vers la direction A0. En particulier, la facette participant à l’effet visuel sur le schéma 57 est la facette d’angle -7.1° (courbe 502). La direction d’observation par un observateur est symbolisée par un œil.
Quand l’échantillon est tilté de l’autre côté de la position centrale, avec un angle d’incidence de 21.8° c’est la facette d’angle opposée de pente +7.1° qui s’allume (schéma 59).
On peut donc concevoir le premier motif par un agencement spatial de facettes de pentes variables, les facettes étant déterminées pour renvoyer l’énergie lumineuse dans la direction de l’observateur, pour un angle d’incidence donné qui correspond à un angle de tilt donné.
A titre d’illustration, la FIG. 5C représente un schéma d’un agencement de facettes Fi dans une région de la structure utilisée pour former le chiffre « 2 » (FIG. 4A - 4C). On peut définir des « pixels » Pi comme étant des régions spatiales contenant une facette ou plusieurs facettes adjacentes de même largeur et de même angle de pente. En pratique, un pixel peut avoir une forme rectangulaire avec au moins une dimension inférieure à 100 pm, avantageusement inférieure à environ 60 pm de sorte à ne pas être visible à l’œil. Bien entendu, d’autres formes de pixels peuvent être envisagées. Chaque « pixel » forme un point lumineux pour un angle de tilt donné du composant. On peut ainsi créer l’animation achromatique telle qu’illustrée sur la FIG. 4B.
On décrit maintenant comment choisir les paramètres du réseau de diffraction G diffractif à l’ordre +1 et -1 pour obtenir un enchaînement de l’animation achromatique avec des animations iridescentes de part et d’autre de la première partie DQB de la plage angulaire de tilt.
En plus de l’animation achromatique, les mêmes facettes modulées par le réseau G génèrent une animation iridescente dans une deuxième partie de la plage angulaire de tilt.
Les paramètres du réseau ont un impact sur l’enchaînement des deux animations achromatique et iridescente. Ainsi, on peut choisir la période d du réseau de diffraction en fonction de la valeur angulaire a maximale des pentes, mesurée en valeur absolue, et de l’angle d’observation pour observer une animation achromatique dans une première partie de la plage angulaire de tilt autour de la réflexion spéculaire, et pour observer la même animation, iridescente, dans une deuxième partie de la plage angulaire de tilt, l’animation iridescente s’enchaînant avec l’animation achromatique de part et d’autre de ladite première partie de la plage angulaire de tilt.
Plus précisément, on détermine que pour obtenir un enchaînement entre les animations achromatique et iridescente, la période d du réseau G respecte avantageusement la condition suivante :
[Math 4]
^ _ _ Vis _ ni (sin(0o¾s,n1) - sin(0fTli - 2\amax\))
Où :
[Math 5]
Figure imgf000024_0001
est l’angle d’incidence de transition entre les animations achromatique et iridescente dans le milieu d’indice ni, à savoir la transition entre les positions 6 et 7 du composant optique de sécurité 40 telles que référencées sur la FIG. 3 en tenant compte de la réfraction ai r/n i. et : [Math 6]
Figure imgf000025_0001
Par ailleurs, Avis est la longueur d’onde avec laquelle on souhaite commencer l’animation iridescente, par exemple Avis est compris entre environ 400 nm et environ 450 nm.
Cette condition découle directement de la formule des réseaux selon laquelle la direction de l’ordre diffracté +/- 1 correspondrait à la direction d’observation A0 et où l’angle d’incidence sur le réseau correspond à l’angle de transition entre les deux plages angulaires de tilt calculé par rapport à la normale de la facette d’angle de pente maximal.
A titre d’exemple, en considérant \amax\ = 7.1°, nx =1.5, 60bs = 45° et /lvis=450 nm, on calcule 60bs li = 28.1° et 0fTll= 6.9°.
Dans ce cas, pour assurer l’enchaînement tel que décrit précédemment, d est choisi égal à 502 nm en appliquant l’équation définie ci-dessus.
A noter qu’il est possible, en jouant sur la valeur de la période et de la pente maximale des facettes, de définir une plage angulaire de recouvrement strictement positive entre la première plage angulaire (animation achromatique) et la deuxième plage angulaire (animation iridescente).
Par exemple, on définit une plage de recouvrement A0rec dans le cas du choix d’une période d? du réseau de diffraction.
[Math 7]
A0Rec = arcsin
Figure imgf000025_0002
où l’angle d’incidence é¾ correspond au début de l’animation iridescente si une période d? du réseau G était choisie au lieu de la période d optimale pour laquelle le chevauchement est nul: [Math 8] q2 = arcsin (sin
Figure imgf000025_0003
A titre d’exemple, en reprenant les paramètres de l’exemple précédent, en considérant une période i¾=520nm, l’angle é¾vaut dans ce cas 8.1° et donc la plage de recouvrement dans l’air dans ce cas vaut A9rec = 1.8°.
A titre d’illustration, la FIG.6 décrit les longueurs d’onde diffractées (ordres +1 et -1) par différentes facettes modulées par le réseau G, renvoyée vers la direction A0 en fonction de l’angle d’incidence, lorsque le composant est éclairé en lumière blanche selon la direction d’éclairage AN. Les courbes 61, 62, 63, 64 et 65 correspondent respectivement à des facettes d’angles -7.1°, -3.55°, 0°, +3.55° et +7.1°, surmodulées par un réseau de période 520 nm.
Les courbes sont calculées en exploitant l’équation donnant d ci-dessus, où Avis est remplacée par la longueur d’onde diffractée et d par la période choisie pour le réseau diffractif G.
La plage angulaire de tilt totale se divise en 3 plages angulaires, une plage d’animation iridescente Dqb_ correspondant à la diffraction d’ordre -1, une plage d’animation achromatique de tilt DQB autour de la réflexion spéculaire et une seconde plage d’animation iridescente Dqk+ correspondant à la diffraction d’ordre +1.
A angle d’incidence fixe qί, chacune des facettes modulées par le réseau G diffracte une longueur d’onde différente dans la direction d’observation. Cette longueur d’onde dépend de la pente propre à chaque facette. La dispersion chromatique engendrée par les différentes facettes modulées par le réseau G suit le même motif graphique préalablement défini sur la première plage de tilt.
Par ailleurs, comme cela est visible sur la FIG. 6, les facettes avec une pente donnée diffractant une longueur d’onde donnée à l’ordre + 1 diffractent une autre longueur d’onde à l’ordre -1, ce qui produit une inversion des couleurs lors de l’animation iridescente de part et d’autre de l’animation achromatique.
En plus du choix de la période, on peut choisir la profondeur t du réseau G (FIG. 2) de sorte à optimiser l’efficacité de diffraction des ordres +/- 1, comme cela est illustré sur la FIG. 7.
Plus précisément, sur la FIG. 7, les courbes 70, 71, 72 et 73 illustrent la courbe d’efficacité du réseau à l’ordre -1 en fonction de la profondeur du réseau pour quatre périodes du réseau, à savoir 400 nm, 460 nm, 520 nm, 580 nm respectivement pour une longueur d’onde de lumière incidente correspondant à 550 nm. Cette courbe permet d’optimiser la valeur de la profondeur du réseau de diffraction G. Par exemple pour un réseau G de période 520nm, on pourra choisir une profondeur / de 150 nm pour avoir un maximum d’efficacité de diffraction à l’ordre 1 et -1.
Des exemples de composants optiques de sécurité pour la sécurisation de documents de valeur sont illustrés au moyen des FIG. 8 et 9 A, 9B.
La FIG. 8 représente un exemple de composant optique de sécurité de type « patch» ou timbre selon la présente description, par exemple une étiquette, le patch étant configuré pour être fixée par exemple sur un billet de banque ou un produit.
Dans cet exemple, le composant optique de sécurité comprend un empilement de couches, par exemple un empilement de couches tel qu’illustré sur la FIG. IB, la couche 118 pouvant être alors une couche adhésive.
Le composant optique de sécurité comprend une première structure diffractive gravée dans la première couche (113, FIG. IB) et délimitée par le contour référencé 81 sur la FIG. 8, cette première structure diffractive étant conforme à la présente description pour générer un effet visuel dynamique achromatique dans une première plage angulaire de tilt et le même effet visuel dynamique, mais iridescent, dans des plages angulaires de tilt de part et d’autre de la première plage angulaire de tilt. Le composant optique de sécurité comprend en outre d’autres structures délimitées par les contours 82, 83 et 84. Il peut s’agir par exemple de structures diffusantes, des structures holographiques ou des structures diffractantes permettant de réaliser des effets dits Alphagram®. Dans cet exemple, une couche réfléchissante (114, FIG. IB), par exemple une couche métallique ou de haut indice, peut être appliquée sur l’ensemble du composant, les régions 81, 82, 83, 84 étant distinguées uniquement par des différences dans la structure gravée dans la première couche.
La FIG. 9A représente un schéma illustrant un exemple d’un document de valeur 900, par exemple un billet de banque, sécurisé avec un composant optique de sécurité 91 selon la présente description et la FIG. 9B représente un schéma montrant un agrandissement du document sécurisé illustré sur la FIG. 9A.
Plus précisément dans cet exemple, le composant optique de sécurité comprend un empilement de couches, par exemple un empilement de couches tel qu’illustré sur la FIG. 1 A, la couche 117 pouvant être par exemple une couche d’adhésif réactivable à chaud, pour le transfert du composant optique de sécurité sur le support du billet de banque 900.
Le composant optique de sécurité 91 comprend une première structure diffractive gravée dans la première couche (113, FIG. IB) et délimitée par le contour en forme de « 2 » référencé 911 sur la FIG. 9A ainsi qu’une deuxième structure diffractive gravée dans la première couche et délimitée par le contour en forme de « 5 » référencé 912. Ces deux structures diffractives sont des structures diffractives conformes à la présente description pour générer un effet visuel dynamique achromatique dans une première plage angulaire de tilt et le même effet visuel dynamique, mais iridescent, dans des plages angulaires de tilt de part et d’autre de la première plage angulaire de tilt. Comme cela est illustré sur la FIG. 9B, les animations résultant des deux structures diffractives peuvent présenter des motifs différents.
Par ailleurs, comme cela apparaît également sur la FIG. 9B, la deuxième couche (réfléchissante) est inexistante localement pour laisser apparaître des régions 915 dans lesquelles apparaît le support du billet de banque sur lequel est fixé le composant optique de sécurité. Ainsi dans cet exemple, la couche réflective (114, FIG. 1 A) ne recouvre pas complètement la structure diffractive.
Enfin, comme cela est visible également sur la FIG. 9B (structures diffractives avec les contours 911, 912), le premier motif formant ladite structure diffractive peut présenter des régions 918 dans lesquelles il n’y a pas de modulation avec le réseau d’ordre 1. Ces régions ne seront pas perceptibles lorsque le composant optique de sécurité subit un mouvement de tilt dans la première plage angulaire (animation achromatique) mais apparaîtront noires à un observateur lorsque le composant optique de sécurité subit un mouvement de tilt dans les plages angulaires de tilt de part et d’autre de la première plage angulaire de tilt. Il est ainsi possible d’offrir une protection supplémentaire avec un message qui n’apparaît que dans les angles de tilt importants, lors de l’animation iridescente.
De la même façon, les régions 918 pourraient être modulées par un deuxième réseau différent du premier réseau, par exemple un deuxième réseau d’ordre 1 de pas et/ou d’orientation différents de ceux du premier réseau de sorte soit à faire apparaître un décalage spectral de l’irisation, soit de permettre un contrôle azimutal dans le cas ou l’orientation est différente de la direction du premier réseau d’ordre 1 qui module le reste du premier motif.
Le composant optique de sécurité illustré sur les FIGS 9A, 9B comprend en outre une autre structure délimitée par le contour 913. Il peut s’agir par exemple d’une structure diffractive comprenant un ensemble de facettes telles que décrites dans la présente description mais non modulées par un réseau de diffraction. Ainsi, la région 913 présentera à un observateur un effet visuel dynamique achromatique. Il est par exemple possible de calculer la plage angulaire de tilt de la région 913 pour observer une animation achromatique sur toute la plage angulaire de tilt sur laquelle les animations des régions 911 et 912 sont visibles. De cette manière, on pourra observer simultanément des animations achromatiques et iridescentes dans le composant. Plus précisément, on pourra observer simultanément l’enchaînement des animations achromatique et iridescente sur une région dans une plage de tilt tandis que la région voisine subit uniquement une animation achromatique pour cette même plage de tilt. Par ailleurs, dans la structure diffractive formant la région 913, une démétallisation partielle (ou suppression locale de la couche réfléchissante) est également possible pour laisser apparaître des régions 915 dans lesquelles on voit le support du document de sécurité.
Les FIGS. 10A et 10B illustrent un exemple de « scénario visuel » original, obtenu au moyen d’un exemple de composant optique de sécurité selon la présente description.
La FIG. 10A illustre ainsi des schémas 1001 et 1002 illustrant respectivement des conceptions d’un premier motif et d’un deuxième motif.
Comme illustré sur le schéma 1001, le premier motif 1012 comprend un ensemble de facettes agencées selon la présente description pour produire, lorsque le composant est éclairé en lumière blanche selon l’axe d’éclairage AL, un effet visuel dynamique observable en réflexion sous l’effet d’un mouvement de tilt et dans la plage angulaire de tilt donnée AGtut. Le premier motif est délimité dans cet exemple par un disque et interrompu dans des régions 1011, les régions 1011 formant un premier objet graphique reconnaissable, ici le contour d’une ampoule et d’un culot de l’ampoule.
Le schéma 1002 symbolise le deuxième motif 1022, c’est-à-dire un réseau d’ordre 1 (réseau G, FIG. 2) qui module le premier motif. Il est présent sur l’ensemble du premier motif sauf dans des régions 1021 qui correspondent d’une part aux régions 1011 dans lesquelles il n’y a pas de premier motif mais également à des régions supplémentaires qui forment un deuxième objet graphique reconnaissable, dans cet exemple un filament d’ampoule et des rayons lumineux.
La FIG. 10B montre des schémas illustrant selon le scénario visuel prédéfini, les animations visuelles achromatique et iridescente obtenues grâce aux motifs tels que schématisés sur la FIG. 10A.
Lors de l’animation achromatique illustrée sur le schéma 1201, dans la première partie de la plage angulaire de tilt, on observe une animation achromatique 1003 sur l’ensemble du composant sauf aux endroits 1011 dans lesquels il n’y a pas de premier motif. Un observateur voit donc le contour d’une ampoule et du culot lors de l’animation achromatique (premier objet graphique).
L’animation se poursuit dans la deuxième partie de la plage angulaire de tilt mais de façon iridescente grâce à la présence du premier réseau diffractif d’ordre 1, sauf aux endroits correspondant aux régions 1011 (pas de premier motif) et 1021 (pas de premier motif ni de deuxième motif). Un observateur voit ainsi apparaître lors de l’animation achromatique, en plus du contour de l’ampoule et du culot, le filament et les rayons (deuxième objet graphique). La structure résultante produit ainsi un scénario de clignotement lors du tilt entre les première et deuxième parties de la plage angulaire de tilt. Dans l’exemple proposé, lors de l’animation, l’observateur perçoit une ampoule qui s’ « allume » lors de l’animation iridescente et s’ « éteint » lors de l’animation achromatique, l’ensemble étant visible sur un arrière-plan animé en forme de disque.
On décrit maintenant des exemples de procédé de fabrication de composants optiques de sécurité selon la présente description comprend.
Une première étape comprend la conception de ladite au moins une première structure diffractive selon les modalités décrites ci-dessus, et d’éventuelles autres structures.
Vient ensuite une étape d’enregistrement d’un exemplaire original, aussi appelé master optique. Le master optique est par exemple un support optique sur lequel la ou les structure(s) sont formées.
Le master optique peut être formé par des méthodes de lithographie électronique ou optique connues de l’état de l’art.
Par exemple, selon un premier mode de réalisation, le master optique est réalisé par gravure d’une résine sensible au rayonnement électromagnétique en utilisant un faisceau d’électrons. Dans cet exemple de réalisation, la structure présentant le premier motif modulé par le second motif peut être gravée en une seule étape.
Selon un autre mode de réalisation, une technique de lithographie optique (ou photolithographie) peut être utilisée. Le master optique est dans cet exemple une plaque de résine photosensible et l’étape d’origination est effectuée par une ou plusieurs insolations de la plaque par projections de masques, de type masque de phase et/ou de type masque d’amplitude, suivies d’un développement dans une solution chimique appropriée. Par exemple, une première insolation est réalisée par projection de masques d’amplitude dont les coefficients de transmission sont adaptés pour que soit formé, après développement, un relief correspondant au premier motif, dans les régions dans lesquelles le premier motif est prévu. Ensuite, une deuxième insolation globale est réalisée, selon des méthodes de photolithographie interférentielle connues de l’homme de l’art, un réseau de diffraction (réseau de diffraction G, FIG. 2) correspondant au second motif est enregistré au moins dans des premières régions dans lesquelles le deuxième motif est prévu. Des étapes similaires peuvent être prévues pour générer d’autres reliefs, comme par exemple un deuxième réseau de diffraction dans d’autres régions. L’ordre de formation des motifs est quelconque et peut être modifié. Par la suite, l’étape de développement est menée. De cette manière, un master optique comprenant une structure qui résulte du premier motif modulé par le deuxième motif est obtenue après développement.
Il peut être alors procédé à l’étape de copie métallique du master optique par exemple par galvanoplastie, comme évoqué précédemment, afin d’obtenir la matrice ou « master » métallique. Selon une variante, une étape de duplication matricielle du master métallique peut être effectuée pour obtenir un outil de production de grande taille adapté pour répliquer la structure en quantité industrielle.
La fabrication du composant optique de sécurité comprend alors une étape de réplication. Par exemple la réplication peut être réalisée par estampage (par pressage à chaud du matériau diélectrique en anglais « hot embossing ») de la première couche 113 (FIGS. 1 A, IB) en matériau diélectrique d’indice de réfraction m, par exemple une couche de bas indice, typiquement un vernis d’estampage de quelques microns d’épaisseur. La couche 113 est avantageusement portée par le film support 111, par exemple un film de 12 pm à 100 pm en matériau polymère, par exemple en PET (polyéthylène téréphtalate). La réplication peut également être faite par moulage de la couche de vernis d’estampage avant séchage puis réticulation UV (« UV casting »). La réplication par réticulation UV permet notamment de reproduire des structures présentant une grande amplitude de profondeur et permet d’obtenir une meilleure fidélité dans la réplication. De manière générale, toute autre méthode de réplication de haute résolution connue de l’art antérieur peut être utilisée dans l’étape de réplication.
Vient ensuite le dépôt sur la couche ainsi embossée de l’ensemble des autres couches, par exemple la couche réfléchissante 114, la couche en matériau diélectrique 115 (optionnelle), la couche de sécurité 116 (optionnelle) qui peut être déposée uniformément ou sélectivement pour figurer un nouveau motif et la couche de type colle ou vernis (117, 118) par un procédé d’enduction.
Des étapes optionnelles et connues de l’homme de l’art sont possibles, comme une démétallisation partielle de la couche réflective 114.
Bien que décrit à travers un certain nombre d’exemples de réalisation, le composant optique de sécurité selon l’invention et le procédé de fabrication dudit composant comprennent différentes variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l’homme de l’art, étant entendu que ces différentes variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l’invention telle que définie par les revendications qui suivent.
Références
Réf. 1 : WO2015154943 Réf. 2 : WO2018224512 Réf. 3 : US4856857

Claims

REVENDICATIONS
1. Composant optique de sécurité (101, 102) configuré pour être observé en réflexion, à l’œil nu, selon au moins une première face d’observation (100), dans une direction d’observation (Do) faisant un angle d’observation (0Obs) donné avec une direction d’éclairage donnée (AL), le composant comprenant : une première couche (113) en matériau diélectrique, transparente dans le visible; au moins une première structure diffractive (S) gravée sur ladite première couche ; et une deuxième couche (114), recouvrant au moins en partie ladite première structure diffractive, et présentant une bande spectrale de réflexion dans le visible ; et dans lequel : ladite première structure diffractive comprend un premier motif (Mi) constitué d’un ensemble de facettes (Fi) parallèles, présentant des pentes variables selon une direction (y) de variation de la pente, lesdites pentes comprenant des valeurs angulaires comprises en valeur absolue entre une valeur angulaire minimale (amin) et une valeur angulaire maximale (otmax), lesdites facettes comprenant une hauteur maximale (hm) donnée, ledit ensemble de facettes étant agencé pour produire, lorsque le composant est éclairé en lumière blanche selon ledit axe d’éclairage, un effet visuel dynamique observable en réflexion sous l’effet d’un mouvement de tilt selon un axe de tilt (D) sensiblement perpendiculaire à la direction de variation de la pente, et dans une plage angulaire de tilt donnée (AGtut); dans au moins une première région, ledit premier motif est modulé par un deuxième motif (M2) formant un réseau périodique à une dimension, de période (d) prédéterminée comprise entre 450 nm et 650 nm, ledit réseau comprenant un vecteur réseau (kg) avec une direction colinéaire à la direction (y) de variation de la pente, ledit réseau étant déterminé pour produire, après dépôt de la deuxième couche, un effet diffractif en réflexion à l’ordre 1 et à l’ordre -1, ladite période (d) du réseau, ladite valeur angulaire maximale (otmax) des pentes et ledit angle d’observation (0Obs) étant déterminés pour produire, en réflexion, une animation achromatique dans une première partie (DQB) de la plage angulaire de tilt autour de la réflexion spéculaire, et pour produire la même animation, iridescente, dans une deuxième partie (A0R. ; A0R+) de la plage angulaire de tilt, l’animation iridescente s’enchaînant avec l’animation achromatique de part et d’autre de ladite première partie de la plage angulaire de tilt.
2. Composant optique de sécurité selon la revendication 1, dans lequel ladite première partie (DQB) de la plage angulaire de tilt comprend une superposition angulaire avec la deuxième partie de la plage angulaire de tilt comprise entre environ 1° et environ 10° de part et d’autre de la première partie (DQB) de la plage angulaire.
3. Composant optique de sécurité selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit angle d’observation donné (0Obs) est compris entre environ 30° et environ 60°.
4. Composant optique de sécurité selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite valeur angulaire minimale des pentes est égale 0°.
5. Composant optique de sécurité selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite valeur angulaire maximale des pentes est comprise entre environ 7° et environ 15°.
6. Composant optique de sécurité selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’ensemble des facettes ont une hauteur sensiblement identique.
7. Composant optique de sécurité selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’ensemble des facettes comprend un ou plusieurs sous-ensembles de facettes configurés chacun pour produire un effet dynamique de type « onde ».
8. Composant optique de sécurité selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième couche comprend un matériau métallique.
9. Composant optique de sécurité selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le matériau diélectrique de la première couche présente un premier indice de réfraction (ni) et la deuxième couche comprend un matériau diélectrique présentant un deuxième indice de réfraction (m) tel que la différence entre le deuxième indice de réfaction (m) et le premier indice de réfraction (ni) est supérieure ou égale à environ 0,3.
10. Composant optique de sécurité selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit premier motif présente un contour (911, 912) formant, vue de la face d’observation, une forme graphique reconnaissable.
11. Composant optique de sécurité selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit premier motif est interrompu dans des régions (1011) formant, vue de la face d’observation, un objet graphique reconnaissable visible lors de l’animation achromatique et lors de l’animation iridescente.
12. Composant optique de sécurité selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel dans au moins une deuxième région (918, 1021), ledit premier motif n’est pas modulé ou est modulé par un troisième motif formant un réseau périodique différent dudit deuxième motif, ladite deuxième région formant, vue de la face d’observation, un objet graphique reconnaissable visible seulement lors de l’animation iridescente.
13. Objet sécurisé, par exemple document de valeur sécurisé, comprenant un substrat et un composant optique de sécurité selon l’une quelconque des revendications précédentes, déposé sur ledit substrat.
14. Procédé de fabrication d’un composant optique de sécurité destiné à être observé en réflexion, à l’œil nu, selon une face d’observation, le procédé comprenant : le dépôt sur un film support d’une première couche en matériau diélectrique, transparente dans le visible; la formation sur ladite première couche d’au moins une première structure diffractive (S), telle que : ladite première structure diffractive comprend un premier motif (Mi) constitué d’un ensemble de facettes (Fi) parallèles, présentant des pentes variables selon une direction (y) de variation de la pente, lesdites pentes comprenant des valeurs angulaires comprises en valeur absolue entre une valeur angulaire minimale (amin) et une valeur angulaire maximale (otmax), lesdites facettes comprenant une hauteur maximale (hm) donnée, ledit ensemble de facettes étant agencé pour produire, lorsque le composant est éclairé en lumière blanche selon ledit axe d’éclairage, un effet visuel dynamique observable en réflexion sous l’effet d’un mouvement de tilt selon un axe de tilt (D) sensiblement perpendiculaire à la direction de variation de la pente, et dans une plage angulaire de tilt donnée (AGtut); dans au moins une première région, ledit premier motif est modulé par un deuxième motif (M2) formant un réseau périodique à une dimension, de période (d) prédéterminée comprise entre 450 nm et 650 nm, ledit réseau comprenant un vecteur réseau (kg) avec une direction colinéaire à la direction (y) de variation de la pente, ledit réseau étant déterminé pour produire, après dépôt de la deuxième couche, un effet diffractif en réflexion à l’ordre 1 et à l’ordre -1, le dépôt d’une deuxième couche, recouvrant au moins en partie ladite première structure diffractive, et présentant une bande spectrale de réflexion dans le visible, dans lequel ladite période (d) du réseau, ladite valeur angulaire maximale (otmax) des pentes et ledit angle d’observation (90bs) sont déterminés pour produire en réflexion, après dépôt de ladite deuxième couche, une animation achromatique dans une première partie (DQB) de la plage angulaire de tilt autour de la réflexion spéculaire, et pour produire la même animation, iridescente, dans une deuxième partie (Dqk- ; Dqk-) de la plage angulaire de tilt, l’animation iridescente s’enchaînant avec l’animation achromatique de part et d’autre de ladite première partie de la plage angulaire de tilt.
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