EP3465352A1 - Composant optique de sécurité et procédé de fabrication d'un tel composant - Google Patents

Composant optique de sécurité et procédé de fabrication d'un tel composant

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EP3465352A1
EP3465352A1 EP17729408.9A EP17729408A EP3465352A1 EP 3465352 A1 EP3465352 A1 EP 3465352A1 EP 17729408 A EP17729408 A EP 17729408A EP 3465352 A1 EP3465352 A1 EP 3465352A1
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EP
European Patent Office
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layer
pattern
optical security
security component
region
Prior art date
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Pending
Application number
EP17729408.9A
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German (de)
English (en)
Inventor
Khalil CHIKHA
Jean SAUVAGE-VINCENT
Kevin John HEGGARTY
Valéry PETITON
Vincent TOLLET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Surys SA
Institut Mines Telecom IMT
Original Assignee
Surys SA
Institut Mines Telecom IMT
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Filing date
Publication date
Application filed by Surys SA, Institut Mines Telecom IMT filed Critical Surys SA
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Pending legal-status Critical Current

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    • G03H2250/34—Colour layer

Definitions

  • the present disclosure relates to an optical security component and a method of manufacturing such a component.
  • the optical security component according to the present description applies in particular to the security marking for securing and authenticating valuable objects.
  • DOE diffractive optical element
  • HSO computer-generated hologram
  • the data of the DOE can be determined by calculating an inverse Fast Fourier Transform (or FFT inverse, FFT being the abbreviation of "Fast Fourier Transform") of the desired reconstruction, that is to say of the desired intensity pattern in the far field or in the reconstruction plane.
  • a diffractive optical element can operate in transmission (transmissive DOE) or in reflection (reflective DOE).
  • a reflective layer can be applied to the micro structure encoding the complex phase and amplitude data.
  • FIGS. 1A and 1B thus represent a document of value 1, for example an identity document, comprising a security optical component 2 with a diffractive optical element of DOE type (respectively reflective and transmissive), as described in the art prior.
  • the beam 3 represents the lighting beam; it is for example derived from a point source or a laser.
  • the beam 4 represents the reflected beam (FIG 1A) or transmitted (FIG 1B) by the security optical component 2.
  • the data are calculated so that when the DOE is illuminated by a beam of light from a point source, a light intensity diagram 6 appears in a reconstruction plane 5.
  • a difficulty in using this type of optical security components comes from the difficulty of producing elaborate color images. Indeed, when one illuminates this type of diffractive optical elements in polychromatic light, for example with a point white light, one generally obtains a white image with colored iridescence even if a DOE is calculated for a maximum efficiency with a length of d given wave.
  • DOE diffractive optical element
  • the present description presents an optical security component with a computer-generated hologram-type element, enabling the reconstruction of high quality colored images under spatially coherent polychromatic lighting, such as point or quasi-point white source and therefore without requiring a specific lighting device using multiple sources or filters.
  • an optical security component intended to be authenticated in the visible spectrum, in spatially coherent polychromatic light, comprising:
  • a first layer of dielectric material at least partially structured on one face, and having a first refractive index
  • a second layer deposited on the at least partially structured face of said first layer in at least a first region, and having a spectral band of reflection in the visible;
  • said first layer has in the first region at least a first structure formed by a first pattern modulated by a second pattern, such as:
  • the first pattern is adapted to form a first computer-synthesized hologram diffractive element (HSO), calculated to generate, under spatially coherent illumination, at least a first recognizable image in at least a first given reconstruction plane,
  • HSO computer-synthesized hologram diffractive element
  • the second unit is a periodical network having a period of between 100 nm and 700 nm, determined to produce, after deposition of the second layer and encapsulation of said first structure by the third layer, a resonant filter in a first spectral band.
  • the resonant filter is for example a resonant filter of DID type (for
  • Diffractive identification Device which allows the excitation of guided modes within a region of the second layer of dielectric material, or a resonant filter plasmonic type obtained through a region of the second layer of metallic material which forms with the first and / or third layer of dielectric material a metal / dielectric interface or dielectric / metal / dielectric interfaces, or any other resonant filter having a spectral band of resonance in the visible.
  • one and / or the other of the first and third layers of dielectric material is transparent in the visible spectral band.
  • a layer is said to be transparent in a spectral band according to the present description if for each wavelength of said spectral band, at least 70% of a radiation at said wavelength is transmitted, preferably at least 80% and more preferably at least 90%.
  • a thin layer is a layer of thickness between 10 nm and 200 nm.
  • the period of the periodic network is between 200 nm and 500 nm.
  • the network is a subwavelength network, that is to say having a wavelength less than the minimum wavelength of the wavelength range.
  • a polychromatic light source for authenticating the component or the range of wavelength in which the authentication control is performed for example the range of wavelengths visible by the eye.
  • HSO for "computer-synthesized hologram” is a diffractive optical element comprising complex phase and amplitude data physically encoded in a microstructure, these data being calculated so that, when the HSO is illuminated by a substantially collimated light beam, a two-dimensional light intensity diagram (for example a recognizable image) is generated in the far field or in a finite distance reconstruction plane of the component.
  • the data of the HSO can be determined in a known manner by calculating a fast inverse Fourier Transform (or inverse FFT, FFT being the Anglo-Saxon abbreviation of "Fast Fourier Transform") of the desired reconstruction, that is, that is, the desired two-dimensional intensity pattern in the far field or in the reconstruction plane.
  • HSOs are also known in the state of the art as "DOE” for "Diffractive Optical Element” or "CHG” for "Computer-Generated Holograms".
  • an HSO must not be confused with a diffractive structure whose only spatial contour makes it possible, under illumination, to form a recognizable image.
  • the applicant has shown that the modulation of the diffractive optical element with a sub-wavelength grating adapted to form a resonant filter made it possible to considerably increase the wavelength selectivity of the diffractive optical element.
  • the periodic network is a one-dimensional network, defined by a network vector.
  • This type of network makes it possible to show variable color effects as a function of the azimuth, for non-zero angles of incidence, and as a function of the angle of incidence for a given azimuth (for example in so-called "collinear" illumination ).
  • the periodic network is a two-dimensional network defined by two network vectors of substantially perpendicular directions.
  • the periods in each of the directions may be identical, in which case the first image has a stable color in azimuth and a low variation depending on the incidence, or the periods may be different, in which case variable color effects may be observed depending on the azimuth, for non-zero angles of incidence.
  • the periodic network has a structure depth of between 10 nm and 350 nm.
  • the second layer comprises in at least a first region a thin layer of dielectric material, of thickness preferably between 20 nm and 200 nm and preferably between 60 nm and 150 nm, having a second index of refraction such that the second refractive index differs from the first refractive index and the third refractive index by at least 0.3.
  • the second pattern of at least one structure of said first region is adapted to produce a DID type wavelength subtractive filter, forming a resonant bandpass filter in reflection.
  • the second layer comprises, in at least one second region, a thin layer of metallic material, continuous, advantageously greater than 40 nm in thickness, for example between 40 nm and 200 nm; the second pattern of at least one structure of said second region forms a resonant band-resonant filter in reflection, of plasmon filter type in reflection, called "R'plasmon" in the following description.
  • said thin layer of metallic material is sufficiently thick to present in the visible spectral band a residual maximum transmission as a function of the wavelength of 2%.
  • the second pattern forms a sinusoidal or quasi-sinusoidal profile network, that is to say continuously variable, this type of profile allowing a better propagation of plasmonic modes while being compatible with photo lithography manufacturing methods.
  • the depth of the network is between 10% and 50% of the period, and preferably between 10% and 40% of the period.
  • the second pattern forms a two-dimensional network.
  • the second layer comprises in at least a third region a thin layer of metallic material, preferably between 10 nm and 60 nm thick; the second pattern of at least one structure of said third region is adapted to produce a band-pass resonance filter in transmission, of plasmonic filter type in transmission, called "T'plasmon" in the following description.
  • the thin layer of metallic material is continuous; the second pattern forms a sinusoidal or quasi-sinusoidal profile network, that is to say continuously variable, this type of profile allowing a better propagation of plasmonic modes while being compatible with photo lithography manufacturing methods.
  • the depth of the network is between 10%> and 53% of the period, which increases the efficiency of plasmonic transmission.
  • the second pattern forms a two-dimensional network.
  • the second layer is discontinuous; the second layer may also have, in one or more first regions, a thin layer of dielectric material, to form DID type filters, and / or in one or more second regions, a thin layer of metal material for example having a thickness greater than 40 nm to form R'Plasmon type filters (metal / dielectric interface) and / or in one or more third regions a thin layer of metal material for example with a thickness of between 10 nm and 60 nm to form filters of the type T'Plasmon (dielectric / metal / dielectric interface).
  • the first pattern is adapted to form a first diffractive element of Hologram type synthesized by reflective computer.
  • the first pattern has a depth of between 100 nm and 500 nm, according to one example.
  • the first pattern is adapted to form a first diffractive element of the following type: transmissive computer synthesized hologram.
  • the refractive indices of the first and third layers of dielectric material then differ by at least 0.1, according to one example, and the first pattern has a depth of between 100 nm and 1 ⁇ , according to one example.
  • the first layer of dielectric material is transparent.
  • the first computer-synthesized hologram diffractive element is calculated to exhibit optimum efficiency at a wavelength in the resonance spectral resonant band.
  • the first computer-synthesized hologram diffractive element is calculated to exhibit optimum efficiency at a wavelength located outside of said resonance spectral resonant band.
  • the first layer further has in the first region at least a second structure formed by a first pattern modulated by a second pattern, such as:
  • the first pattern is adapted to form a second computer-synthesized hologram diffractive element calculated to generate, under spatially coherent illumination, at least a second recognizable image in a given second reconstruction plane,
  • the second pattern is a periodic grating with a period of between 100 nm and 700 nm, determined to produce, after deposition of the second layer and encapsulation of said second structure by the third layer, a resonant filter in a second spectral band.
  • the at least first and second structures are arranged in zones that are interlaced with one another. This makes it possible to generate more complex images, and in particular multi-color images in the same reconstruction plane.
  • the at least first and second structures are arranged in adjacent zones, the successive illumination of each zone making it possible to simulate a motion effect of an image and / or transformation. We can thus generate a colored animation.
  • the optical security component includes other layers as needed for the final application; for example, the security optical component may further comprise active layers for forming the HSO and the resonant filter, a support film carrying one of said layers of dielectric material and / or an adhesive layer disposed on one of said layers of dielectric material .
  • active layers for forming the HSO and the resonant filter, a support film carrying one of said layers of dielectric material and / or an adhesive layer disposed on one of said layers of dielectric material .
  • These layers are neutral for the HSO and / or the resonant filter because they do not alter or influence the interfaces between the second layer and the first and third layers, respectively. They make it easier to adhere to the object to be secured and / or implemented industrially.
  • the first layer further comprises regions structured according to the present description, planar regions and / or other structured regions, encapsulated between the first and second layers of dielectric material, the other structured regions being adapted to form other visual effects.
  • the present description relates to a secure object comprising a support and a security optical component according to the first aspect, the security optical component being fixed on said support or integrated in the support.
  • the secure object is for example a valuable document, such as a bank note, a travel document (passports, identity card or other identification document), a label for the authentication of a product.
  • a valuable document such as a bank note, a travel document (passports, identity card or other identification document), a label for the authentication of a product.
  • the secure object can be easily authenticated by observation in transmission or reflection, under coherent polychromatic lighting, thanks to the optical security component according to the present description; Moreover, its resistance to counterfeiting is high because of the technology implemented.
  • the present description relates to a method of manufacturing a security optical component according to the first aspect.
  • the method comprises:
  • the first layer of dielectric material, partially structured is obtained by molding and UV curing a stamping varnish from a matrix carrying all of the structures.
  • FIGS. 1A and 1B two examples of secure objects integrating a security optical component with an HSO-type diffractive element according to the prior art
  • FIG. 2 a sectional view of an exemplary optical security component according to the present description
  • FIGS. 3A, 3B, 3C diagrams illustrating an example of a first pattern adapted to form a first diffractive element type HSO, an example of a second pattern adapted to form a resonant filter and an example of structure resulting from the modulation of the first pattern with the second pattern;
  • FIG. 4A to 4E diagrams showing different exemplary embodiments are a resonant filter associated with a reflective or transmissive HSO;
  • FIGS. 5A to 5D diagrams illustrating the dependence of the resonant filter resonant wavelength as a function of angle of incidence, collinear incidence (FIGS, 5A and 5C) and conical incidence (FIGS., 5B, 5D). );
  • FIGS. 6A and 6B examples of secure objects incorporating an example of an optical security component according to the present description with an off-axis off-axis type diffractive element in reflection and a 1D resonant filter, for a non-zero incidence angle and for two values azimuth;
  • FIG. 7A a first example of an optical security component comprising a matrix of pixels, a first part of the pixels comprising a first structure formed of a first pattern adapted to form a first reflection-type diffractive element HSO, modulated by a second pattern, and a second portion of the pixels comprising a second structure formed of a first pattern adapted to form a second reflecting diffractive element HSO, modulated by a second pattern;
  • FIGS. 7B to 7D examples of secure objects incorporating a security optical component of the type of FIG. 7A for different incidence and azimuth values
  • FIG. 8 a second example of an optical security component comprising a matrix of pixels in the form of bands and images obtained by successive illumination of the different bands;
  • FIG. 9 an example of a secure object integrating a first optical component of security and a second optical security component, adapted for scopic stereo vision
  • FIGS. 10A-10B, 11A-11B examples of secure objects integrating examples of optical security components with structures adapted for the formation of HSO-type diffractive elements
  • FIG. 2 is a sectional view of an exemplary security optical component 20 according to the present description.
  • the component 20 shown in FIG. 2 represents an example of an optical security component intended to be transferred to a document or a product for the purpose of securing it. It comprises, as a variant, a support film 24, for example a film made of a polymer material, for example a film of polyethylene terephthalate (PET) of a few tens of micrometers, typically 5 to 50 ⁇ m, as well as an optional release layer 25, for example in natural or synthetic wax.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the release layer makes it possible to remove the polymer support film 24 after attachment of the optical component to the product or document to be secured.
  • the optical security component 20 further comprises a set of layers 21 - 23 for performing the optical function of the component and which will be described in more detail below, as well as an adhesive layer 26, for example a layer of heat-reactive adhesive, for fixing the optical security component on the product or document.
  • an adhesive layer 26 for example a layer of heat-reactive adhesive, for fixing the optical security component on the product or document.
  • the security optical component can be manufactured by stacking the layers on the support film 24, then the component is fixed on a document / product to be secured by the adhesive layer 26. If necessary for the application, the support film 24 can then be detached, for example by means of the detachment layer 25.
  • the set of layers 21 - 23 comprises in the example of FIG. 2, a first layer 23 of dielectric material, structured at least partially on one side, having a first refractive index n 3 ; a second layer 22, comprising in at least a first region a layer of dielectric material or metal material, as will be detailed hereinafter, or comprising one or more regions with a layer of metallic material and one or more regions with a layer of material dielectric, deposited on the at least partially structured face of the first layer and having in each region a spectral band of reflection in the visible; a third layer 21 of dielectric material, having a third refractive index 3 ⁇ 4, encapsulating the at least partially structured first layer coated with the second layer.
  • the first layer 23 has in at least a first region at least a first structure S.
  • FIG. 3C schematically shows an example of a first structure S, formed by a first pattern Si modulated by a second pattern S 2 .
  • the first pattern (FIG 3A) is adapted to form a first reflective or transmissive computer-synthesized hologram (HSO) diffractive element calculated to generate, in spatially coherent polychromatic illumination, at least a first recognizable image in a given reconstruction plane.
  • the second pattern (FIG 3B) is a periodical lattice of period between 100 nm and 700 nm, for example sub wavelength, determined to produce, after deposition of the second layer and encapsulation of said first structure, a filter resonant in a spectral band centered on a first wavelength in the visible.
  • the first pattern codes according to the known prior art, complex phase and amplitude data calculated so that, when the diffractive element is illuminated by a beam of light, a desired light intensity diagram appears either in far field, either in a finite distance reconstruction plan.
  • the first pattern can form a multi-level (Si) structure, as shown in FIG. 3A or binary.
  • a multi-level structure has at least 3 different height planes along the z axis perpendicular to the plane of the component, while a binary structure has only two level heights.
  • a multi-level structure makes it possible to form non-symmetrical images with respect to the zero order, that is to say different on either side of the zero order, the zero order designating the specular reflection.
  • the depth of the first pattern determines the introduced phase and the "zero order" proportion, that is, the amount of incident light reflected in direct reflection or transmitted without deviation (near refraction).
  • the depth of the first pattern chosen is between 80 nm and 2 ⁇ , advantageously between 100 nm and 1 ⁇ .
  • the first pattern can be calculated to form an image on the axis (diffracted order (s) centered on the zero or off-axis order (order (s) diffracted around the zero order ). Moreover, the first pattern can be computed in a known manner for a restitution of the image in a finite distance reconstruction plane, or for a restitution of the so-called "infinite" image, that is to say say a restitution of the image in far field.
  • a Fourier HSO can be formed of a single element whose dimensions can be up to 30 mm x 30 mm, dimensions beyond which the computing times with current computers are very long, or from identical unit elements, for example of dimensions between 2 ⁇ x 2 ⁇ and 2048 ⁇ x 2048 ⁇ which are subsequently repeated in X and Y either mechanically at the time of the etching, or computeratically before etching, in order to obtain a large HSO (or observation window) with dimensions up to 60 mm x 60 mm for example.
  • Fresnel HSOs are known for example.
  • Each point of the first pattern in the case of a Fresnel HSO contributes to forming the image in the reconstruction plane.
  • an HSO of dimensions typically up to 30 mm ⁇ 30 mm is directly coded.
  • a suitable projection optical system makes it possible, for example, to project the image onto a screen.
  • HSO design software for example IFTA (for "Iterative Fourier Transform Algorithm"
  • IFTA for "Iterative Fourier Transform Algorithm”
  • FIGs. 4A to 4E illustrate diagrams showing nonlimiting examples of embodiment of a resonant filter associated with a refective or transmissive HSO, in order to increase the spectral selectivity thereof.
  • a polychromatic source PS implemented for the authentication of the component.
  • Spatially coherent polychromatic lighting can be obtained by a point or quasi-point polychromatic source, for example a white LED, the flash of a mobile phone, a luminous torch, and generally a non-extended light source. More precisely, it will be considered that a source is quasi-point or not extended if the ratio between the distance with the component and the largest dimension of the source is greater than 100.
  • the lighting surface of the component and the face of the component opposite to the lighting face 41 are denoted 41.
  • the layer of dielectric material 23 arranged on the side of the illumination face 41 is transparent and preferably colorless.
  • the layer of dielectric material 21 arranged on the side of the face 42 opposite the lighting face may be transparent or not, depending on the applications.
  • the first pattern is calculated to form an HSO which generates in a reconstruction plane 5 a recognizable image, this image being visible by an observer, either directly, or by means of a projection device (not shown), or on the side of the lighting face (case of a refective HSO), or the opposite side (case of a transmissive HSO).
  • the second layer 22 comprises a layer of dielectric material and the resonant filter is a subtractive filter wavelength of DID type (for "Diffractive Identity Device").
  • the second pattern forms a subwavelength network, with one or two dimensions, adapted to allow the excitation of guided modes within the second layer 22, forming a band resonant filter in reflection, including the resonance spectral band ⁇ is centered on a first wavelength ⁇ .
  • the second layer 22 comprises a thin layer, preferably of thickness between 20 nm and 200 nm and preferably between 60 nm and 150 nm.
  • said thin layer of dielectric material is a so-called high refractive index ("HRI") material having a refractive index of between 1.8 and 2.9, advantageously between 2.0 and 2.4 and the first and third layers of dielectric material, on either side of the second layer, are so-called "low index" refractive index layers, having refractive indices between 1.3 and 1.8, advantageously between 1.4 and 1.7.
  • the first layer of dielectric material 23 arranged on the side of the lighting face of the component is transparent in the visible.
  • the first pattern is adapted to form a first diffractive element of the reflective HSO type.
  • the first pattern is calculated to exhibit optimum efficiency at a wavelength in the spectral band ⁇ of the resonant reflection filter, for example a wavelength close to ⁇ .
  • the first image, observed by the observer located on the side of the illumination face 41 has an increased spectral selectivity at the wavelength ⁇ for a given azimuth and angle of incidence and observation.
  • the first pattern is adapted to form a first transmissive HSO diffractive element.
  • the first pattern is calculated to exhibit optimal efficiency at a wavelength outside the spectral band of the DID type resonant resonant filter.
  • the spectral band transmitted by the resonant filter corresponds to the spectral band of the illumination light ⁇ to which the resonant spectral band ⁇ is subtracted.
  • the first and third refractive indices have a difference greater than 0.1 for the formation of the transmissive HSO.
  • the first image, observed by the observer located on the side of the face 42 of the component opposite to the illumination face 41 has a lower selectivity than in the previous example; however, the color of the HSO is improved due to the rejection of a part of the spectral band.
  • the second layer 22 comprises a thin layer of metal material, preferably with a thickness greater than 40 nm.
  • the second pattern forms a subwavelength network, with one or two dimensions, adapted to allow the formation of a reflection-band resonant filter, of the "R'plasmon" reflection plasmonic filter type, as described for example in the patent application FR 2982038 Al.
  • the second metal layer 22 is sufficiently thick to have a residual maximum transmission as a function of the wavelength of 2%.
  • the first pattern is adapted to produce a first diffractive reflective HSO-type element calculated to exhibit optimal efficiency at a wavelength outside the spectral band of the resonant reflection filter for azimuth and angle. of incidence and observation given.
  • the layer 22 comprises a thin layer of metallic material, preferably between 10 nm and 60 nm thick, and the second pattern is adapted to produce a transmission band-pass resonance filter, of plasmonic filter type in transmission " T'Plasmon ", as described for example in the patent application FR 2973917 and having a resonance spectral band ⁇ centered on a first wavelength ⁇ for an azimuth and a given angle of incidence and observation.
  • the first pattern is adapted to form a first diffractive element of the transmissive HSO type.
  • the first pattern is calculated to exhibit optimum efficiency at a wavelength in the spectral band ⁇ of the resonant transmission filter, for example a wavelength close to X ⁇ .
  • the first and second reduction indices advantageously have a difference greater than 0.1.
  • the user placed on the side of the face 42 can observe under a spatially coherent polychromatic illumination ⁇ a colored image ⁇ in transmission.
  • the first pattern is adapted to form a first reflective element of the reflective HSO type.
  • the first pattern is calculated to exhibit optimal efficiency at a wavelength outside the spectral band of the T'Plasmon type resonant transmission filter.
  • the spectral band ⁇ - ⁇ reflected by the resonant filter corresponds to the spectral band of the illumination light ⁇ which is subtracted the resonant spectral band ⁇ .
  • the wavelengths of the excited resonances depend on the polarization and it can be shown that at non-zero incidence of the illumination beam, the reflected (or transmitted) spectral band will be modified by changing the the orientation of the component, obtained by azimuthal rotation thereof, except in the case of a two-dimensional network of equal periods.
  • FIGS. 5A to 5D illustrate these effects in the case where the first pattern forms a one-dimensional network characterized by a grating vector k g , the direction of which is perpendicular to the lines of the grating (symbolized by lines in FIGs 5A and 5B) and the standard is inversely proportional to the period of the network.
  • the plane ⁇ corresponds to the plane in which the lighting beam is located.
  • FIG. 5C represents the spectra calculated in reflection for a so-called "collinear" incidence (configuration 5A: lighting beam in a plane ⁇ perpendicular to the surface of the component and parallel to the direction of the grating vector) and an angle of incidence of the beam of The illumination measured relative to the component normal of 0 ° (curve 51) and 20 ° (curve 52).
  • FIG. 5D represents the spectra calculated in reflection for a so-called "conical" incidence (configuration 5B): lighting beam in a plane ⁇ perpendicular to the surface of the component and perpendicular to the direction of the grating vector) and an angle of incidence of the beam of illumination measured with respect to the component normal of 0 ° (curve 53) and 20 ° (curve 54).
  • the curves are calculated by assuming a DID with a pitch of 360 nm, a depth of 130 nm structuring a layer of zinc sulphate (ZnS) of 100 nm thick and encapsulated between two identical layers of polystyrene.
  • ZnS zinc sulphate
  • Collinear incidence is observed to rapidly change the spectral band of resonance with the angle of incidence while the modification is much slower in conical incidence. This effect makes it possible to further strengthen the authentication of the component by showing variable color effects as a function of the azimuth.
  • FIGS. 5C and 5D are calculated in the case of a resonant filter of the DID type, but similar transmission curves would be observed in the case of a T'Plasmon type resonant filter. In the case of a R'Plasmon type resonant filter, absorption curves would show the same dependence with the azimuth and the angle of incidence.
  • FIG. 6A and 6B schematically show a secure object 1, for example an identity document type document, comprising an exemplary security optical component 60 according to the present description with an off-axis off-axis reflection diffractive element in reflection and a resonant filter 1D, for a non-zero angle of incidence and for two azimuth values;
  • the beam 3 represents the lighting beam; it is for example derived from a point or quasi-point polychromatic source, for example a white LED source.
  • the beam 4 represents the beam reflected by the optical security component 60.
  • the data are calculated so that, when the HSO is illuminated by a beam of divergent, convergent or collimated light, a light intensity diagram appears in FIG. a reconstruction plan 5 that can be infinite.
  • the intensity diagram comprises an image 66 formed of two off-axis objects 61, 62. A residue 63 of the beam transmitted on the axis is also visible.
  • the rotation of the component in azimuth causes a color change of the image 66 with non-zero incidence of the illumination beam.
  • this example provides an additional means of authentication of the security optical component, thanks to a variable color effect according to the azimuth.
  • FIG. 7A schematically represents a first example of a security optical component 70 comprising a pixel matrix.
  • a first portion of the pixels 71 form a first zone. They comprise a first structure formed of a first pattern adapted to form a first reflection-type diffractive element HSO, modulated by a second pattern.
  • a second portion of the pixels 72 form a second zone. They comprise a second structure formed of a first pattern adapted to form a second reflection-type diffractive element HSO, modulated by a second pattern.
  • the first and second zones occupy for example a comparable surface.
  • the first pattern of the first structure arranged in the first zone (pixels 71) is a multi-level HSO making it possible to form the image " ⁇ " in far field off the axis.
  • the second pattern of the first structure makes it possible to form a one-dimensional array adapted to form a resonant filter with a spectral resonance band.
  • the network is arranged so that with an azimuth of 0 °, the variability of the resonant spectrum is low as a function of the angle of incidence of the beam lighting (as in FIG 5B).
  • the far-field variability of the resonance spectral band for the first region becomes strong.
  • the first pattern of the second structure arranged in the second zone (pixels 72) is a multilevel HSO making it possible to form the "a" image in the far field off the axis.
  • the second pattern of the second structure makes it possible to form a one-dimensional network similar to that of the second pattern of the first structure.
  • the grating is arranged substantially perpendicular to that of the second pattern of the first structure so that with an azimuth of 0 °, the variability of the resonant spectrum is high as a function of the angle of incidence of the beam of illumination and that by 90 ° azimuth rotation of the component 70, the far-field variability of the resonance spectral band for the second region, depending on the angle of incidence, is low.
  • FIG. 7B shows an illumination of a secure object 1 equipped with an optical security component 70 as shown in FIG. 7A at an incidence of 0 °. Thanks to the matrixing of the pixels, we obtain the two images " ⁇ " and "a” simultaneously. The incidence of 0 ° does not make it possible to differentiate in color the 2 images.
  • FIG. 7C illustrates a lighting of the secure object 1 with an angle of incidence of 20 °.
  • the incidence of 20 ° makes it possible to differentiate in color the two images " ⁇ " and "a".
  • FIG. 7D shows a lighting of the secure object 1 with an angle of incidence of
  • the "colors" are presented here as examples. We could have second patterns for the first and second structures such that the initial colors of the first and second images are different for an incidence of 0 ° and have spectral variation behaviors as a function of the same or different incidence angle.
  • FIG. 8 schematically shows a second example of an optical security component 80 comprising a matrix of pixels in the form of bands (81 - 84) and images obtained by successive illumination of the different bands.
  • Each band of width L greater than 500 ⁇ , for example, forms a region.
  • the first patterns of each of the regions are adapted to form off-axis HSOs having the same object (an arrow) but at a different position and orientation in the observation plane (see images Imi - ⁇ 3 ⁇ 4).
  • the second pattern is for example identical for each of the regions so that the object (the arrow) is the same color on each image.
  • the illumination in coherent polychromatic light on each band then makes it possible to reveal only one image separately from the other bands.
  • the successive lighting of the different regions makes it possible to simulate the effects of movements.
  • the first image of the first zone may have a defined shape that evolves in each successive zone to simulate a movement and / or a transformation of the shape.
  • each zone of each first pattern may have a second pattern different in terms of period, network orientation and / or network depth to change the color of each of the areas.
  • FIG. 9 represents an example of a secure object integrating a first security optical component and a second security optical component, adapted for human scopic stereo vision or by video players or stereoscopic images;
  • two optical security components according to the present description 90 L and 90 R are arranged on a secure object 1 at a given distance from each other, so that for a given illumination 3, 3 'respectively on the 90 L and 90 R components , each eye / sensor sees an image independently.
  • the left eye can only see the image 91, 92 from the security component 90 L
  • the right eye can see only the image 93, 94 from the security component 90 R.
  • each of the components 90 L and 90 R may have structures for generating HSOs with specific or identical colors related to resonant filtering.
  • the mental reconstruction of the image allows the observation of the image on a virtual plane, the virtual plane being positioned at a median distance from the two images from each of the components 90 L and 90 R.
  • FIGS. 10A and 10B and 11A-11B show other examples of secure objects integrating examples of optical security components with suitable structures for the formation of HSO-type diffractive elements, for example in the near field.
  • the security optical component 100 comprises a first structure arranged on a zone 101 and a second structure arranged on an area 102, the zones 101 and 102 being formed of alternating pixels with one another. others to form a checkerboard (intertwined areas).
  • the first structure 101 comprises a first pattern modulated with a second pattern, so as to form a Fresnel HSO, for generating a given color image 103 in a finite-distance reconstruction plane (HSO in the near field). ), the reconstruction plane 5 being behind the secure object 1 relative to the position of the lighting source.
  • the second structure 102 comprises a first pattern modulated with a second pattern, so as to form a Fresnel HSO, making it possible to generate an image 104 of given color, for example different from the color of the object 103, in a plane of 5 'reconstruction at a finite distance (HSO in the near field), the reconstruction plane 5' being in front of the secure object 1 with respect to the position of the lighting source.
  • the security optical component 110 comprises a first structure arranged on an area 111, a second structure arranged on an area 112 and a third structure arranged on an area 113.
  • the areas 111 - 113 are formed of pixels alternated with each other to form a checkerboard (intertwined areas).
  • the first structure 111 includes a first pattern modulated with a second pattern, such as to form an HSO, for generating a given color image 114 in a finite distance reconstruction plane.
  • the second structure 112 comprises a first pattern modulated with a second pattern, so as to form an HSO, for generating an image 115 of a given color, for example different from the color of the object 114, in the same reconstruction plane 5.
  • the third structure 113 comprises a first pattern modulated with a second pattern, so as to form an HSO, making it possible to generate an image 116 of a given color, for example different from the color of the object 114 and the color of the object. object 115, in the same reconstruction plane 5.
  • the images 114, 115, 116 complement each other to form a recognizable object, for example here a rectangular parallelepiped.
  • the security components as described above can be implemented according to one or more exemplary embodiments as follows.
  • the different optical structures of the different regions are previously recorded by photo lithography or electron beam lithography on a photosensitive medium or "photoresist” according to the Anglo-Saxon expression.
  • An electroplating step makes it possible to postpone these optical structures in a resistant material, for example based on nickel, to produce the matrix or "master”, see for example the reference work “diffraction handbook grating” and more particularly chapter 5 "Replicated Grating "(Christopher Plamer, Sixth Edition, Newport 2006).
  • a stamping (or “embossing”) can then be performed from the matrix thus produced to form the first layer of dielectric material at least partially structured.
  • the first layer of dielectric material 23 is a stamping varnish of a few microns thick carried by a support film 24 of 5 ⁇ to 50 ⁇ of polymeric material, for example PET (polyethylene terephthalate) .
  • the stamping can be done by hot pressing of the dielectric material ("hot embossing") or by molding and UV curing ("UV casting"), but preferably by UV molding and crosslinking due to the depth of the structures (typically between 80 nm and 1 ⁇ ).
  • the refractive index of the layer formed by the stamping varnish is typically close to 1.5 for visible light.
  • the second layer 22 may be a metal layer, deposited by thermal evaporation, for example under vacuum, in a perfectly controlled manner in thickness, with at least one for example of the following metals: silver, aluminum, gold, chromium, copper, nickel, etc. .
  • the second layer may be a layer of dielectric material, for example zinc sulphide, titanium oxide.
  • the second layer may comprise metal regions and regions of dielectric material, as described below.
  • a closed layer of controlled refractive index is then applied, for example by evaporation in the case of a thin film or by a coating process.
  • this layer may be the adhesive layer.
  • the closure layer, which forms the third layer dielectric material 21 may have, depending on the application, a refractive index substantially identical to that of the layer 23, around 1.5, or may have a refractive index different from that of the layer 23.
  • the closure layer 21 may have a thickness greater than or equal to one micron, for example a few microns.
  • an adhesive layer 26 may be applied to the closure layer.
  • the second layer 22 may comprise in one or more regions a dielectric material and / or may comprise in one or more regions a metallic material and / or may be discontinuous.
  • a first partial demetallization process consists in applying a protective varnish to the regions where it is desired that the metal layer be preserved.
  • This varnish has for example a refractive index substantially identical to that of the first layer 23, for example around 1.5, with a thickness for example of the order of one micron.
  • a chemical bathing step makes it possible to destroy the unprotected metal parts.
  • another metallic material or a dielectric material is deposited in one or more of the demetallized regions to form the second layer 22.
  • the third layer or closure layer 21 is applied to the entire component.
  • Another partial demetallization method consists in applying a soluble ink to the pattern on the stamped or UV-cured layer with a given pattern. When depositing the metal, it is applied uniformly on the layer but remains only on the areas where the ink is not located when the ink is removed.
  • a second layer 22 with one or more regions of dielectric material and one or more regions of metallic material by applying one or more dielectric materials before the metallization step.
  • a soluble ink on the stamped layer or crosslinked with UV.
  • a first thin layer deposition makes it possible to uniformly apply a dielectric material to the whole of the stamped layer or UV and ink-cured; the dielectric material remains only in the areas where the ink is not located when the ink is removed.
  • a metallization step which can be selective, is performed. If the metallization is selective, it will also include a preliminary step of printing soluble ink for selecting the application areas of the metal or the printing of a protective ink after deposition of the metal.
  • a security optical component comprising one or more components as described above and one or more other types of optical security components, for example of the holographic type.
  • a matrix is produced by recording the different patterns corresponding to the various optical security components on the photoresist support and then, as previously, an electroplating step makes it possible to transfer the optical structure of the photoresist to a solid support to form the matrix.
  • the stamping or molding followed by the UV crosslinking can then be carried out from the matrix to transfer the various micro-structures to the film of polymer material.
  • the security optical component according to the invention and the method of manufacturing said component comprise various variants, modifications and improvements which will be obvious to those skilled in the art. it being understood that these various variants, modifications and improvements fall within the scope of the invention as defined by the following claims.
  • those skilled in the art will advantageously combine the optical properties of the many known optical security components with the properties of the optical security component according to the invention.

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Abstract

Selon un aspect, la présente description concerne un composant optique de sécurité (20) comprenant une première couche (23) en matériau diélectrique, au moins partiellement structurée sur une face, une deuxième couche (22), déposée sur ladite face au moins partiellement structurée dans au moins une première région, et présentant une bande spectrale de réflexion dans le visible et une troisième couche (21) en matériau diélectrique déposée sur ladite deuxième couche. La première couche (23) présente dans la première région au moins une première structure (S) formée par un premier motif (S1) modulé par un deuxième motif (S2), tels que le premier motif forme un premier élément diffractif de type hologramme synthétisé par ordinateur, générant une première image reconnaissable dans au moins un premier plan de reconstruction et le deuxième motif est un réseau périodique de période comprise entre 100 nm et 700 nm produisant un filtre résonant dans une première bande spectrale.

Description

COMPOSANT OPTIQUE DE SÉCURITÉ ET PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UN
TEL COMPOSANT
Domaine technique
La présente description concerne un composant optique de sécurité et un procédé de fabrication d'un tel composant. Le composant optique de sécurité selon la présente description s'applique notamment au marquage de sécurité pour la sécurisation et Pauthentification d'objets de valeurs.
Etat de l'art
On connaît de nombreuses technologies pour Pauthentification d'objets de valeur et notamment pour Pauthentification de documents de valeur, tels que les billets de banque ou documents de voyage (passeports, cartes d'identité ou autres documents d'identification), ou pour Pauthentification de produits au moyen d'étiquettes de marquage. Ces technologies visent à la production de composants optiques de sécurité dont les effets optiques en fonction des paramètres d'observation (orientation par rapport à l'axe d'observation, position et dimensions de la source lumineuse, etc.) prennent des configurations caractéristiques et vérifiables. Le but général de ces composants optiques est de fournir des effets visuels nouveaux et différenciés, à partir de configurations physiques difficilement reproductibles ou imitables par un faussaire.
Parmi ces composants, la demande de brevet français publiée sous le numéro FR 2 983 318 décrit un élément optique diffractant (ou DOE selon l'abréviation anglo-saxonne « Diffractive Optical Elément »), également appelé Hologramme synthétisé par ordinateur (ou HSO). Un élément optique diffractant de ce type comprend des données complexes de phase et d'amplitude codées physiquement dans une micro structure du DOE, ces données étant calculées pour que, lorsque le DOE est éclairé par un faisceau de lumière sensiblement collimaté, un diagramme d'intensité lumineuse souhaité soit généré en champ lointain ou dans un plan de reconstruction. En pratique, les données du DOE peuvent être déterminées en calculant une Transformée de Fourier rapide inverse (ou FFT inverse, FFT étant l'abréviation anglo-saxonne de « Fast Fourier Transform ») de la reconstruction souhaitée, c'est-à-dire du diagramme d'intensité souhaité en champ lointain ou dans le plan de reconstruction. Un tel élément optique diffractant peut fonctionner en transmission (DOE transmissif) ou en réflexion (DOE réflectif). Dans le cas d'un DOE réflectif, une couche réfléchissante peut être appliquée sur la micro structure codant les données complexes de phase et d'amplitude.
Les figures 1A et 1B représentent ainsi un document de valeur 1, par exemple un document d'identité, comprenant un composant optique de sécurité 2 avec un élément optique diffractif de type DOE (respectivement réflectif et transmissif), tel que décrit dans l'art antérieur. Sur ces figures, le faisceau 3 représente le faisceau d'éclairage ; il est par exemple issu d'une source ponctuelle ou d'un laser. Le faisceau 4 représente le faisceau réfléchi (FIG. 1A) ou transmis (FIG. 1B) par le composant optique de sécurité 2. Dans ces exemples, les données sont calculées pour que, lorsque le DOE est éclairé par un faisceau de lumière issu d'une source ponctuelle, un diagramme d'intensité lumineuse 6 apparaisse dans un plan de reconstruction 5.
Une difficulté dans l'utilisation de ce type de composants optiques de sécurité provient cependant de la difficulté à réaliser des images colorées élaborées. En effet, lorsqu'on éclaire ce type d'éléments optiques diffractifs en lumière polychromatique, par exemple avec une lumière blanche ponctuelle, on obtient généralement une image blanche avec des irisations colorées même si un DOE est calculé pour une efficacité maximale à une longueur d'onde donnée.
Ce problème est résolu dans la demande de brevet FR 2 983 318 de l'art antérieur en entrelaçant dans un élément optique diffractif (DOE) des structures diffractantes calculées pour des longueurs d'onde spécifiques et en éclairant le DOE avec des faisceaux lumineux monochromatiques, aux longueurs d'onde auxquelles sont sensibles les structures diffractantes. Les faisceaux mono chromatiques aux longueurs d'onde spécifiques sont envoyés de manière simultanée, séquentielle ou cyclique.
Cependant, pour Pauthentification d'un objet de valeur, cette solution nécessite de travailler avec un ensemble de sources mono chromatiques ou avec un ensemble de filtres spectraux agencés devant une source mono chromatique. D'autre part, la qualité de l'image colorée n'est pas entièrement satisfaisante car chaque structure diffractive du DOE, même si elle réagit principalement à une longueur d'onde spécifique, est sensible aussi dans une moindre mesure aux autres longueurs d'onde, entraînant des mélanges de couleur non souhaitées dans l'image.
La présente description présente un composant optique de sécurité avec un élément de type hologramme synthétisé par ordinateur, permettant la reconstruction d'images colorées de très bonne qualité sous éclairage spatialement cohérent polychromatique, de type source blanche ponctuelle ou quasi-ponctuelle et donc sans nécessiter un dispositif d'éclairage spécifique utilisant des sources multiples ou des filtres.
Résumé
Selon un premier aspect, la présente description concerne un composant optique de sécurité destiné à être authentifié dans le spectre visible, en lumière polychromatique spatialement cohérente, comprenant :
- une première couche en matériau diélectrique, au moins partiellement structurée sur une face, et présentant un premier indice de réfraction;
- une deuxième couche, déposée sur la face au moins partiellement structurée de ladite première couche dans au moins une première région, et présentant une bande spectrale de réflexion dans le visible ;
- une troisième couche en matériau diélectrique, déposée sur ladite deuxième couche, et présentant un troisième indice de réfraction; et
dans lequel ladite première couche présente dans la première région au moins une première structure formée par un premier motif modulé par un deuxième motif, tels que:
o le premier motif est adapté pour former un premier élément diffractif de type hologramme synthétisé par ordinateur (HSO), calculé pour générer sous éclairage spatialement cohérent au moins une première image reconnaissable dans au moins un premier plan de reconstruction donné,
o le deuxième motif est un réseau périodique de période comprise entre 100 nm et 700 nm, déterminé pour produire, après dépôt de la deuxième couche et encapsulation de ladite première structure par la troisième couche, un filtre résonant dans une première bande spectrale.
Le filtre résonant est par exemple un filtre résonant de type DID (pour
« Diffractive identification Device) qui permet l'excitation de modes guidés au sein d'une région de la deuxième couche en matériau diélectrique, ou un filtre résonant de type plasmonique obtenu grâce à une région de la deuxième couche en matériau métallique qui forme avec la première et/ou la troisième couche en matériau diélectrique une interface métal/diélectrique ou des interfaces diélectrique/métal/diélectrique, ou tout autre filtre résonant présentant une bande spectrale de résonance dans le visible.
Le « visible » au sens de la présente description, s'entend comme la bande spectrale comprise entre 380 nm et 780 nm.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, l'une et/ou l'autre des première et troisième couches en matériau diélectrique est transparente dans la bande spectrale visible.
Une couche est dite transparente dans une bande spectrale au sens de la présente description si pour chaque longueur d'onde de ladite bande spectrale, au moins 70% d'une radiation à ladite longueur d'onde est transmise, préférentiellement au moins 80% et plus préférentiellement au moins 90%.
Dans la présente description, on appelle couche mince une couche d'épaisseur comprise entre 10 nm et 200 nm.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la période du réseau périodique est comprise entre 200 nm et 500 nm.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le réseau est un réseau sub longueur d'onde, c'est-à-dire présentant une longueur d'onde inférieure à la longueur d'onde minimale de la plage de longueurs d'onde d'une source de lumière polychromatique destinée à authentifier le composant ou de la plage de longueur d'onde dans laquelle est réalisé le contrôle d'authentification, par exemple la plage des longueurs d'onde visibles par l'œil.
Dans la présente description, on appelle HSO (pour « Hologramme synthétisé par ordinateur ») un élément optique diffractant comprenant des données complexes de phase et d'amplitude codées physiquement dans une microstructure, ces données étant calculées pour que, lorsque le HSO est éclairé par un faisceau de lumière sensiblement collimaté, un diagramme d'intensité lumineuse bidimensionnel (par exemple une image reconnaissable) soit généré en champ lointain ou dans un plan de reconstruction à distance finie du composant. En pratique, les données du HSO peuvent être déterminées de façon connue en calculant une Transformée de Fourier rapide inverse (ou FFT inverse, FFT étant l'abréviation anglo- saxonne de « Fast Fourier Transform ») de la reconstruction souhaitée, c'est-à-dire du diagramme d'intensité bidimensionnel souhaité en champ lointain ou dans le plan de reconstruction. Les HSO sont également connus dans l'état de l'art sous les appellations « DOE » pour « Diffractive Optical Elément » ou « CHG » pour « Computer-Generated Holograms ».
Au sens de la présente description, un HSO ne doit donc pas être confondu avec une structure diffractive dont seul le contour spatial permet, sous éclairement, de former une image reconnaissable.
La déposante a montré que la modulation de l'élément optique diffractif avec un réseau sub longueur d'onde adapté pour former un filtre résonant permettait de considérablement augmenter la sélectivité en longueur d'onde de l'élément optique diffractif.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le réseau périodique est un réseau unidimensionnel, défini par un vecteur réseau. Ce type de réseau permet de montrer des effets colorés variables en fonction de l'azimut, pour des angles d'incidence non nuls, et en fonction de l'angle d'incidence pour un azimut donné (par exemple en éclairage dit « colinéaire »).
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le réseau périodique est un réseau bidimensionnel, défini par deux vecteurs réseaux de directions sensiblement perpendiculaires. Les périodes selon chacune des directions peuvent être identiques, auquel cas la première image présente une couleur stable en azimut et une variation faible en fonction de l'incidence ou les périodes peuvent être différentes, auquel cas on peut observer des effets colorés variables en fonction de l'azimut, pour des angles d'incidence non nuls.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le réseau périodique présente une profondeur de structure comprise entre 10 nm et 350 nm.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la deuxième couche comprend dans au moins une première région une couche mince en matériau diélectrique, d'épaisseur préférentiellement comprise entre 20 nm et 200 nm et préférentiellement entre 60 nm et 150 nm, présentant un deuxième indice de réfraction tel que le deuxième indice de réfaction diffère du premier indice de réfraction et du troisième indice de réfraction d'au moins 0,3. Le deuxième motif d'au moins une structure de ladite première région est adapté pour produire un filtre soustractif en longueur d'onde de type DID, formant un filtre résonant passe bande en réflexion.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la deuxième couche comprend dans au moins une deuxième région une couche mince en matériau métallique, continue, d'épaisseur avantageusement supérieure à 40 nm, par exemple comprise entre 40 nm et 200 nm; le deuxième motif d'au moins une structure de ladite deuxième région forme un filtre résonant coupe-bande en réflexion, de type filtre plasmonique en réflexion, appelé « R'plasmon » dans la suite de la description.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ladite couche mince en matériau métallique est suffisamment épaisse pour présenter dans la bande spectrale visible une transmission maximale résiduelle en fonction de la longueur d'onde de 2%.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le deuxième motif forme un réseau de profil sinusoïdal ou quasi-sinusoïdal, c'est-à-dire à variation continue, ce type de profil permettant une meilleure propagation des modes plasmoniques tout en étant compatible avec des méthodes de fabrication par photo lithographie. Avantageusement, la profondeur du réseau est comprise entre 10% et 50% de la période, et préférentiellement entre 10%> et 40%> de la période. Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le deuxième motif forme un réseau à deux dimensions.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la deuxième couche comprend dans au moins une troisième région une couche mince en matériau métallique, d'épaisseur avantageusement comprise entre 10 nm et 60 nm; le deuxième motif d'au moins une structure de ladite troisième région est adapté pour produire un filtre résonant passe-bande en transmission, de type filtre plasmonique en transmission, appelé « T'plasmon » dans la suite de la description.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la couche mince en matériau métallique est continue ; le deuxième motif forme un réseau de profil sinusoïdal ou quasi- sinusoïdal, c'est-à-dire à variation continue, ce type de profil permettant une meilleure propagation des modes plasmoniques tout en étant compatible avec des méthodes de fabrication par photo lithographie. Avantageusement, la profondeur du réseau est comprise entre 10%> et 53% de la période, ce qui permet d'augmenter l'efficacité de la transmission plasmonique. Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le deuxième motif forme un réseau à deux dimensions.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la deuxième couche est discontinue ; la deuxième couche peut par ailleurs présenter dans une ou plusieurs premières régions une couche mince en matériau diélectrique, pour former des filtres de type DID, et/ou dans une ou plusieurs deuxièmes régions une couche mince en matériau métallique par exemple d'épaisseur supérieure à 40 nm pour former des filtres de type R'Plasmon (interface métal/diélectrique) et/ou dans une ou plusieurs troisièmes régions une couche mince en matériau métallique par exemple d'épaisseur comprise entre 10 nm et 60 nm pour former des filtres de type T'Plasmon (interface diélectrique/métal/diélectrique).
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, pour au moins une première structure, le premier motif est adapté pour former un premier élément diffractif de type hologramme synthétisé par ordinateur réflectif. Le premier motif présente une profondeur comprise entre 100 nm et 500 nm, selon un exemple.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, pour au moins une deuxième structure, le premier motif est adapté pour former un premier élément diffractif de type hologramme synthétisé par ordinateur transmissif. Les indices de réfraction des première et troisième couches en matériau diélectrique diffèrent alors d'au moins 0,1, selon un exemple, et le premier motif présente une profondeur comprise entre 100 nm et 1 μιη, selon un exemple. La première couche en matériau diélectrique est transparente.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le premier élément diffractif de type hologramme synthétisé par ordinateur est calculé pour présenter une efficacité optimale à une longueur d'onde comprise dans la bande spectrale de résonance du filtre résonant.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le premier élément diffractif de type hologramme synthétisé par ordinateur est calculé pour présenter une efficacité optimale à une longueur d'onde située en dehors de ladite bande spectrale de résonance du filtre résonant.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la première couche présente en outre dans la première région au moins une deuxième structure formée par un premier motif modulé par un deuxième motif, tels que:
o le premier motif est adapté pour former un deuxième élément diffractif de type hologramme synthétisé par ordinateur, calculé pour générer sous éclairage spatialement cohérent au moins une deuxième image reconnaissable dans un deuxième plan de reconstruction donné,
o le deuxième motif est un réseau périodique de période comprise entre 100 nm et 700 nm, déterminé pour produire, après dépôt de la deuxième couche et encapsulation de ladite deuxième structure par la troisième couche, un filtre résonant dans une deuxième bande spectrale.
Il est ainsi possible de générer simultanément deux images différentes de couleurs différentes, dans des plans de reconstruction confondus ou non, lorsque le composant est éclairé en lumière polychromatique spatialement cohérente dans le visible.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, les au moins première et deuxième structures sont agencés dans des zones entrelacées les unes avec les autres. Cela permet de générer des images plus complexes, et notamment des images multi couleurs dans le même plan de reconstruction. Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, les au moins première et deuxième structures sont agencées dans des zones adjacentes, l'éclairage successif de chaque zone permettant de simuler un effet de mouvement d'une image et/ou de transformation. On peut ainsi générer une animation colorée.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le composant optique de sécurité comprend d'autres couches selon les besoins requis pour l'application finale ; par exemple le composant optique de sécurité peut comprendre en plus des couches actives pour la formation du HSO et du filtre résonant, un film support portant une desdites couches en matériau diélectrique et/ou une couche adhésive disposée sur l'une desdites couches en matériau diélectrique. Ces couches sont neutres pour le HSO et/ou le filtre résonant car ils n'altèrent ou n'influencent pas les interfaces entre la deuxième couche et respectivement la première et la troisième couche. Ils permettent de faciliter l'adhésion sur l'objet à sécuriser et/ou la mise en œuvre de manière industrielle.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la première couche comprend en plus des régions structurées selon la présente description, des régions planes et/ou d'autres régions structurées, encapsulées entre les première et deuxième couches en matériau diélectrique, les autres régions structurées étant adaptées à former d'autres effets visuels.
Selon un deuxième aspect, la présente description concerne un objet sécurisé comprenant un support et un composant optique de sécurité selon le premier aspect, le composant optique de sécurité étant fixé sur ledit support ou intégré dans le support.
L'objet sécurisé est par exemple un document de valeur, tel qu'un billet de banque, un document de voyage (passeports, carte d'identité ou autre document d'identification), une étiquette destinée à Pauthentification d'un produit.
L'objet sécurisé peut être facilement authentifié par une observation en transmission ou en réflexion, sous éclairage polychromatique cohérent, grâce au composant optique de sécurité selon la présente description; par ailleurs, sa résistance à la contrefaçon est élevée du fait de la technologie mise en œuvre.
Selon un troisième aspect, la présente description concerne un procédé de fabrication d'un composant optique de sécurité selon le premier aspect. Le procédé comprend :
- La formation sur un film support de ladite première couche en matériau diélectrique;
- le dépôt de la deuxième couche sur la première couche en matériau diélectrique;
- le dépôt sur la deuxième couche de la troisième couche en matériau diélectrique.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la première couche en matériau diélectrique, partiellement structurée, est obtenue par moulage et réticulation UV d'un vernis d'estampage à partir d'une matrice portant l'ensemble des structures. 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 qui représentent :
FIGS 1A et 1B (déjà décrites), deux exemples d'objets sécurisés intégrant un composant optique de sécurité avec un élément diffractif de type HSO selon l'art antérieur ;
FIG. 2 une vue en coupe d'un exemple de composant optique de sécurité selon la présente description ;
FIGS. 3A, 3B, 3C des schémas illustrant un exemple d'un premier motif adapté pour former un premier élément diffractif de type HSO, un exemple d'un deuxième motif adapté pour former un filtre résonant et un exemple de structure résultant de la modulation du premier motif avec le deuxième motif ;
FIG. 4A à 4E, des schémas montrant différents exemples de réalisation s'un filtre résonant associé à un HSO réflectif ou transmissif ;
FIGS. 5 A à 5D des schémas illustrant la dépendance de la longueur d'onde de résonance du filtre résonant en fonction de l'angle d'incidence, en incidence colinéaire (FIGS. 5A et 5C) et en incidence conique (FIGS. 5B, 5D) ;
FIGS. 6A et 6B des exemples d'objets sécurisés intégrant un exemple de composant optique de sécurité selon la présente description avec un élément diffractif de type HSO hors axe en réflexion et un filtre résonant 1D, pour un angle d'incidence non nul et pour deux valeurs d'azimut ;
FIG. 7A, un premier exemple de composant optique de sécurité comprenant un matriçage de pixels, une première partie des pixels comprenant une première structure formée d'un premier motif adapté pour former un premier élément diffractif de type HSO en réflexion, modulé par un deuxième motif, et une deuxième partie des pixels comprenant une deuxième structure formée d'un premier motif adapté pour former un deuxième élément diffractif de type HSO en réflexion, modulé par un deuxième motif ;
FIGS. 7B à 7D des exemples d'objets sécurisés intégrant un composant optique de sécurité du type de la FIG. 7A pour différentes valeurs d'incidence et d'azimut ;
FIG. 8, un deuxième exemple de composant optique de sécurité comprenant un matriçage de pixels sous forme de bandes et des images obtenues par éclairage successif des différentes bandes ;
FIG. 9, un exemple d'objet sécurisé intégrant un premier composant optique de sécurité et un deuxième composant optique dé sécurité, adaptés pour une vision stéréo scopique ;
FIGS. 10A - 10B, 11A - 11B, des exemples d'objets sécurisés intégrant des exemples de composants optiques de sécurité avec des structures adaptées pour la formation d'éléments diffractifs de type HSO;
Sur les figures, montrées à des fins illustratives, les échelles ne sont pas respectées pour plus de clarté dans la représentation.
Description détaillée
La FIG. 2 représente une vue en coupe d'un exemple de composant optique de sécurité 20 selon la présente description.
Le composant 20 représenté sur la FIG. 2 représente un exemple de composant optique de sécurité destiné à être transféré sur un document ou un produit en vue de sa sécurisation. Il comprend selon une variante un film support 24, par exemple un film en matériau polymère, par exemple un film en polyéthylène téréphtalate (PET) de quelques dizaines de micromètres, typiquement 5 à 50 μιη, ainsi qu'une couche de détachement optionnelle 25, par exemple en cire naturelle ou synthétique. La couche de détachement permet de retirer le film support en polymère 24 après fixation du composant optique sur le produit ou document à sécuriser. Le composant optique de sécurité 20 comprend par ailleurs un ensemble de couches 21 - 23 pour la réalisation de la fonction optique du composant et qui seront décrites plus en détails par la suite, ainsi qu'une couche d'adhésif 26, par exemple une couche d'adhésif ré-activable à chaud, pour la fixation 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 24, puis le composant est fixé sur un document/produit à sécuriser grâce à la couche d'adhésif 26. Si nécessaire pour l'application, le film support 24 peut alors être détaché, par exemple au moyen de la couche de détachement 25.
L'ensemble des couches 21 - 23 comprend dans l'exemple de la FIG. 2, une première couche 23 en matériau diélectrique, structurée au moins partiellement sur une face, présentant un premier indice de réfraction n3; une deuxième couche 22, comprenant dans au moins une première région une couche en matériau diélectrique ou en matériau métallique, comme cela sera détaillé dans la suite, ou encore comprenant une ou plusieurs régions avec une couche en matériau métallique et une ou plusieurs régions avec une couche en matériau diélectrique, déposée sur la face au moins partiellement structurée de la première couche et présentant dans chacune des régions une bande spectrale de réflexion dans le visible ; une troisième couche 21 en matériau diélectrique, présentant un troisième indice de réfraction ¾, encapsulant la première couche au moins partiellement structurée revêtue de la deuxième couche. Comme cela est montré sur la FIG. 2, la première couche 23 présente dans au moins une première région au moins une première structure S.
La FIG. 3C montre de façon schématique un exemple de première structure S, formée par un premier motif Si modulé par un deuxième motif S2.
Le premier motif (FIG. 3A) est adapté pour former un premier élément diffractif de type hologramme synthétisé par ordinateur (HSO), réflectif ou transmissif, calculé pour générer sous éclairage polychromatique spatialement cohérent au moins une première image reconnaissable dans un plan de reconstruction donné, le deuxième motif (FIG. 3B) est un réseau périodique de période comprise entre 100 nm et 700 nm, par exemple sub longueur d'onde, déterminé pour produire, après dépôt de la deuxième couche et encapsulation de ladite première structure, un filtre résonant dans une bande spectrale centrée sur une première longueur d'onde dans le visible.
Plus précisément, le premier motif code selon l'art antérieur connu, des données complexes de phase et d'amplitude calculées pour que, lorsque l'élément diffractif est éclairé par un faisceau de lumière, un diagramme d'intensité lumineuse souhaité apparaisse soit en champ lointain, soit dans un plan de reconstruction à distance finie.
Le premier motif peut former une structure (Si) multi-niveaux, comme cela est illustré sur la FIG. 3A ou binaire. Une structure multi-niveaux présente au moins 3 plans de hauteur différente suivant l'axe z perpendiculaire au plan du composant, tandis qu'une structure binaire ne présente que deux hauteurs de niveaux. Une structure multi-niveaux permet de former des images non symétriques par rapport à l'ordre zéro, c'est-à-dire différentes de part et d'autre de l'ordre zéro, l'ordre zéro désignant la réflexion spéculaire.
La profondeur du premier motif détermine la phase introduite et la proportion d' « ordre zéro », c'est-à-dire la quantité de lumière incidente réfléchie en réflexion directe ou transmise sans déviation (à la réfraction près). En pratique, la profondeur du premier motif choisie est comprise entre 80 nm et 2 μιη, avantageusement entre 100 nm et 1 μιη.
Le premier motif peut être calculé pour former une image sur l'axe (ordre(s) diffracté(s) centré(s) sur l'ordre zéro ou hors axe (ordre(s) diffracté(s) autour de l'ordre zéro). Par ailleurs, le premier motif peut être calculé de façon connue pour une restitution de l'image dans un plan de reconstruction à distance finie, ou pour une restitution de l'image dite « à l'infini », c'est-à-dire une restitution de l'image en champ lointain.
Pour former un HSO permettant une restitution de l'image en champ lointain quand le HSO est éclairé par un faisceau de lumière sensiblement collimaté, on connaît par exemple les HSO dits HSO de Fourier. En pratique, un HSO de Fourier peut être formé d'un seul élément dont les dimensions peuvent aller jusqu'à 30 mm x 30 mm, dimensions au-delà desquelles les temps de calcul avec les calculateurs actuels sont très longs, ou à partir d'éléments unitaires identiques, par exemple de dimensions comprises entre 2 μιη x 2 μιη et 2048 μιη x 2048 μιη qui sont répétés par la suite en X et Y soit mécaniquement au moment de la gravure, soit informatiquement avant gravure, afin d'obtenir un grand HSO (ou fenêtre d'observation) avec des dimensions pouvant atteindre les 60 mm x 60 mm par exemple.
Pour former un HSO permettant une restitution de l'image à une distance finie du HSO quand le HSO est éclairé par un faisceau de lumière sensiblement collimaté, on connaît par exemple les HSO dits de Fresnel. Chaque point du premier motif dans le cas d'un HSO de Fresnel contribue à former l'image dans le plan de reconstruction. Ainsi, dans le cas d'un HSO de Fresnel, on code directement un HSO de dimensions typiquement jusqu'à 30 mm x 30 mm.
Dans chacun des deux cas, un système optique de projection adapté permet par exemple de projeter l'image sur un écran.
En pratique, on part d'une image contenant une information reconnaissable, on décide des fonctions que l'on veut avoir (image restituée symétrique ou non, plan de restitution proche du HSO ou lointain, etc..) pour choisir le type d'HSO à fabriquer : binaire ou multi niveaux et Fourier ou Fresnel, etc. Puis à l'aide de logiciels de conception de HSO, par exemple l'IFTA (pour « Itérative Fourier Transform Algorithm ») on calcule un premier motif ou premier HSO de dimensions en général comprises entre 2 μιη x 2μιη et 15 mm x 15 mm. On considère qu'un HSO peut jouer le rôle d'une fenêtre d'observation s'il dépasse dans ses dimensions latérales la limite de l'ouverture oculaire humaine à savoir 0.5 mm x 0.5 mm.
Les règles de conception du premier motif pour former un HSO avec les caractéristiques décrites dans les paragraphes ci-dessus sont décrites par exemple dans
« Applied Digital Optics : From Micro-optics to Nanophotonics », Bernard C. Kress, Patrick Meyrueis, 2009.
Dans la suite de la description, il sera entendu que l'ensemble des exemples décrits peuvent s'appliquer à l'ensemble des éléments diffractifs connus, HSO restituant une image en champ lointain ou à distance finie du HSO, HSO formé par une structure binaire ou multi-niveaux, image restituée symétrique ou non symétrique par rapport à l'ordre zéro, sur l'axe ou hors axe, HSO réfiectif ou transmissif etc. sauf mention explicite du contraire.
Les FIG. 4A à 4E illustrent des schémas montrant des exemples non limitatifs de réalisation d'un filtre résonant associé à un HSO réfiectif ou transmissif, pour en augmenter la sélectivité spectrale.
Dans ces exemples, on a représenté symboliquement une source polychromatique PS mise en œuvre pour l'authentification du composant. Un éclairage spatialement cohérent polychromatique peut être obtenu par une source polychromatique ponctuelle ou quasi-ponctuelle, par exemple une LED blanche, le flash d'un téléphone portable, une torche lumineuse, et de manière générale une source lumineuse non étendue. Plus précisément, on considérera qu'une source est quasi-ponctuelle ou non étendue si le rapport entre la distance avec le composant et la plus grande dimension de la source est supérieur à 100.
Par convention, on note 41 la face d'éclairage du composant et 42 la face du composant opposée à la face d'éclairage 41.
La couche en matériau diélectrique 23 agencée du côté de la face d'éclairage 41 est transparente et de préférence incolore. La couche en matériau diélectrique 21 agencée du côté de la face 42 opposée à la face d'éclairage peut être transparente ou non, selon les applications.
Le premier motif est calculé pour former un HSO qui génère dans un plan de reconstruction 5 une image reconnaissable, cette image étant visible par un observateur, soit directement, soit au moyen d'un dispositif de projection (non représenté), soit du côté de la face d'éclairage (cas d'un HSO réfiectif), soit du côté opposé (cas d'un HSO transmissif).
Dans les exemples des FIGS. 4A et 4B, la deuxième couche 22 comprend une couche en matériau diélectrique et le filtre résonant est un filtre soustractif en longueur d'onde de type DID (pour « Diffractive Identity Device »). Le deuxième motif forme un réseau sub longueur d'onde, à une ou deux dimensions, adapté pour permettre l'excitation de modes guidés au sein de la deuxième couche 22, formant un filtre résonant passe bande en réflexion, dont la bande spectrale de résonance Δλ est centrée sur une première longueur d'onde λι. La deuxième couche 22 comprend une couche mince, d'épaisseur préférentiellement comprise entre 20 nm et 200 nm et préférentiellement entre 60 nm et 150 nm, présentant un deuxième indice de réfraction n2 tel que le deuxième indice de réfaction n2 diffère du premier indice de réfraction n3 et du troisième indice de réfraction ni d'au moins 0,3, avantageusement d'au moins 0,5. Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ladite couche mince en matériau diélectrique est une couche en matériau dit « haut indice » de réfraction (ou « HRI » pour « High Refractive Index »), présentant un indice de réfraction compris entre 1,8 et 2,9, avantageusement entre 2,0 et 2,4 et les première et troisième couches en matériau diélectrique, de part et d'autre de la deuxième couche, sont des couches dites « bas indice » de réfraction, présentant des indices de réfraction compris entre 1,3 et 1,8, avantageusement entre 1,4 et 1,7. La première couche en matériau diélectrique 23 agencée du côté de la face d'éclairage du composant est transparente dans le visible.
Dans l'exemple de la FIG. 4A, le premier motif est adapté pour former un premier élément diffractif de type HSO réflectif Par exemple, le premier motif est calculé pour présenter une efficacité optimale à une longueur d'onde comprise dans la bande spectrale Δλ du filtre résonant en réflexion, par exemple une longueur d'onde proche de λι. Ainsi la première image, observée par l'observateur situé du côté de la face d'éclairage 41 présente une sélectivité spectrale accrue à la longueur d'onde λι pour un azimut et un angle d'incidence et d'observation donnés.
Dans l'exemple de la FIG. 4B, le premier motif est adapté pour former un premier élément diffractif de type HSO transmissif. Par exemple, le premier motif est calculé pour présenter une efficacité optimale à une longueur d'onde située en dehors de la bande spectrale du filtre résonant en réflexion de type DID. En effet, dans cet exemple, la bande spectrale transmise par le filtre résonant correspond à la bande spectrale de la lumière d'éclairage Σλ à laquelle est retranchée la bande spectrale résonante Δλ. Dans cet exemple, les premier et troisième indices de réfraction présentent une différence supérieure à 0,1, pour la formation du HSO transmissif. Dans cet exemple, la première image, observée par l'observateur situé du côté de la face 42 du composant opposée à la face d'éclairage 41 présente une moins bonne sélectivité que dans l'exemple précédent ; cependant, la couleur du HSO est améliorée du fait de la réjection d'une partie de la bande spectrale.
Dans l'exemple de la FIG. 4C, la deuxième couche 22 comprend une couche mince en matériau métallique, avantageusement d'épaisseur supérieure à 40 nm. Le deuxième motif forme un réseau sub longueur d'onde, à une ou deux dimensions, adapté pour permettre la formation d'un filtre résonant coupe-bande en réflexion, de type filtre plasmonique en réflexion « R'plasmon » », tel que décrit par exemple dans la demande brevet FR 2982038 Al . Avantageusement, la deuxième couche métallique 22 est suffisamment épaisse pour présenter une transmission maximale résiduelle en fonction de la longueur d'onde de 2%. Dans cet exemple, le premier motif est adapté pour produire un premier élément diffractif de type HSO réflectif, calculé pour présenter une efficacité optimale à une longueur d'onde située en dehors de la bande spectrale du filtre résonant en réflexion pour un azimut et un angle d'incidence et d'observation donné.
Dans les exemples des FIGS. 4D et 4E, la couche 22 comprend une couche mince en matériau métallique, d'épaisseur avantageusement comprise entre 10 nm et 60 nm et le deuxième motif est adapté pour produire un filtre résonant passe-bande en transmission, de type filtre plasmonique en transmission « T'Plasmon », tel que décrit par exemple dans la demande brevet FR 2973917 et présentant une bande spectrale de résonance Δλ centrée sur une première longueur d'onde λι pour un azimut et un angle d'incidence et d'observation donné.
Dans l'exemple de la FIG. 4D, le premier motif est adapté pour former un premier élément diffractif de type HSO transmissif. Par exemple, le premier motif est calculé pour présenter une efficacité optimale à une longueur d'onde comprise dans la bande spectrale Δλ du filtre résonant en transmission, par exemple une longueur d'onde proche de X\, Les premier et deuxième indices de réfaction présentent avantageusement une différence supérieure à 0,1.
Dans cette configuration, l'utilisateur placé du côté de la face 42 pourra observer sous éclairage polychromatique Σλ spatialement cohérent une image colorée Δλ en transmission.
Dans l'exemple de la FIG. 4E, le premier motif est adapté pour former un premier élément diffractif de type HSO réflectif. Par exemple, le premier motif est calculé pour présenter une efficacité optimale à une longueur d'onde située en dehors de la bande spectrale du filtre résonant en transmission de type T'Plasmon. En effet, dans cet exemple, la bande spectrale Σλ - Δλ réfléchie par le filtre résonant correspond à la bande spectrale de la lumière d'éclairage Σλ à laquelle est retranchée la bande spectrale résonante Δλ.
Quelle que soit la nature du filtre résonant, les longueurs d'onde des résonances excitées dépendent de la polarisation et on peut montrer qu'à incidence non nul du faisceau d'éclairage, la bande spectrale réfléchie (ou transmise) sera modifiée par changement de l'orientation du composant, obtenue par rotation azimutale de celui-ci, sauf dans le cas d'un réseau à deux dimensions de périodes égales.
Les FIGS. 5 A à 5D illustrent ces effets dans le cas où le premier motif forme un réseau unidimensionnel caractérisé par un vecteur réseau kg, dont la direction est perpendiculaire aux lignes du réseau (symbolisées par des traits sur les FIGS. 5A et 5B) et la norme est inversement proportionnelle à la période du réseau. Le plan Π correspond au plan dans lequel se trouve le faisceau d'éclairage.
La FIG. 5C représente les spectres calculés en réflexion pour une incidence dite « colinéaire » (configuration 5A : faisceau d'éclairage dans un plan Π perpendiculaire à la surface du composant et parallèle à la direction du vecteur réseau) et un angle d'incidence du faisceau d'éclairage mesuré par rapport à la normale au composant de 0° (courbe 51) et 20° (courbe 52).
La FIG. 5D représente les spectres calculés en réflexion pour une incidence dite « conique » (configuration 5B) :faisceau d'éclairage dans un plan Π perpendiculaire à la surface du composant et perpendiculaire à la direction du vecteur réseau) et un angle d'incidence du faisceau d'éclairage mesuré par rapport à la normale au composant de 0° (courbe 53) et 20° (courbe 54).
Dans les deux cas, les courbes sont calculées en prenant l'hypothèse d'un DID avec un pas de 360 nm, une profondeur de 130 nm structurant une couche de sulfate de zinc (ZnS) de 100 nm d'épaisseur et encapsulé entre deux couches identiques de polystyrène.
On observe en incidence colinéaire une modification rapide de la bande spectrale de résonance avec l'angle d'incidence tandis que la modification est beaucoup plus lente en incidence conique. Cet effet permet de renforcer encore Pauthentification du composant en montrant des effets colorés variables en fonction de l'azimut.
Les courbes en réflexion des figures 5C et 5D sont calculées dans le cas d'un filtre résonant de type DID mais on observerait des courbes en transmission similaires dans le cas d'un filtre résonant de type T'Plasmon. Dans le cas d'un filtre résonant de type R'Plasmon, des courbes en absorption montreraient la même dépendance avec l'azimut et l'angle d'incidence.
Bien entendu, dans le cas d'un réseau bidimensionnel (non représenté sur les figures), à période sensiblement égale dans chaque direction, l'effet coloré sera non variable, ou très faiblement variable en fonction de l'azimut. On retrouvera une variation de l'effet coloré avec l'azimut, pour des angles d'incidence non nuls, si les périodes selon chaque direction sont différentes. Les FIGS. 6 A et 6B montrent de façon schématique un objet sécurisé 1, par exemple un document de valeur de type document d'identité, comprenant un exemple de composant optique de sécurité 60 selon la présente description avec un élément diffractif de type HSO hors axe en réflexion et un filtre résonant 1D, pour un angle d'incidence non nul et pour deux valeurs d'azimut ; sur ces figures, le faisceau 3 représente le faisceau d'éclairage ; il est par exemple issu d'une source polychromatique ponctuelle ou quasi-ponctuelle, par exemple une source LED blanche. Le faisceau 4 représente le faisceau réfléchi par le composant optique de sécurité 60. Dans ces exemples, les données sont calculées pour que, lorsque le HSO est éclairé par un faisceau de lumière divergente, convergente ou collimaté, un diagramme d'intensité lumineuse apparaisse dans un plan de reconstruction 5 qui peut être à l'infini. Dans cet exemple, le diagramme d'intensité comprend une image 66 formée de deux objets 61, 62 hors axe. Un résidu 63 du faisceau transmis sur l'axe est également visible.
Comme cela apparaît sur la FIG. 6B, la rotation du composant en azimut fait apparaître un changement de couleur de l'image 66 à incidence non nulle du faisceau d'éclairage.
Outre la sélectivité spectrale accrue du HSO obtenue grâce au filtre résonant, qui se traduit par une bien meilleure qualité de l'image 66, on obtient dans cet exemple un moyen d'authentification supplémentaire du composant optique de sécurité, grâce à un effet coloré variable en fonction de l'azimut.
La FIG. 7A représente de façon schématique un premier exemple de composant optique de sécurité 70 comprenant un matriçage de pixels. Une première partie des pixels 71 forment une première zone. Ils comprennent une première structure formée d'un premier motif adapté pour former un premier élément diffractif de type HSO en réflexion, modulé par un deuxième motif. Une deuxième partie des pixels 72 forment une deuxième zone. Ils comprennent une deuxième structure formée d'un premier motif adapté pour former un deuxième élément diffractif de type HSO en réflexion, modulé par un deuxième motif. Les première et deuxième zones occupent par exemple une surface comparable.
Plus précisément dans cet exemple, le premier motif de la première structure agencée dans la première zone (pixels 71) est un HSO multiniveaux permettant de former en champ lointain hors de l'axe l'image « Ω ». Le deuxième motif de la première structure permet de former un réseau unidimensionnel adapté pour former un filtre résonant avec une bande spectrale de résonance. Le réseau est disposé de telle sorte à ce qu'avec un azimut de 0°, la variabilité du spectre résonant soit faible en fonction de l'angle d'incidence du faisceau d'éclairage (comme sur la FIG. 5B). Par rotation azimutale à 90° du composant 70, la variabilité en champ lointain de la bande spectrale de résonance pour la première région, en fonction de l'angle d'incidence, devient forte.
Le premier motif de la deuxième structure agencée dans la deuxième zone (pixels 72) est un HSO multiniveaux permettant de former en champ lointain hors de l'axe l'image « a ». Le deuxième motif de la deuxième structure permet de former un réseau unidimensionnel similaire à celui du deuxième motif de la première structure. Mais le réseau est disposé de façon sensiblement perpendiculaire à celui du deuxième motif de la première structure de telle sorte qu'avec un azimut de 0°, la variabilité du spectre résonant soit forte en fonction de l'angle d'incidence du faisceau d'éclairage et que par rotation azimutale à 90° du composant 70, la variabilité en champ lointain de la bande spectrale de résonance pour la deuxième région, en fonction de l'angle d'incidence, soit faible.
La FIG. 7B montre un éclairage d'un objet sécurisé 1 équipé d'un composant optique de sécurité 70 tel que montré sur la FIG. 7A à une incidence de 0°. Grâce au matriçage des pixels, on obtient les deux images « Ω » et « a » simultanément. L'incidence de 0° ne permet pas de différencier en couleur les 2 images.
La FIG. 7C illustre un éclairage de l'objet sécurisé 1 avec un angle incidence de 20°. Dans ce cas, l'incidence de 20° permet de différencier en couleur les deux images « Ω » et « a ».
La FIG. 7D montre un éclairage de l'objet sécurisé 1 avec un angle incidence de
20° lorsque l'objet 1 a subi une rotation azimutale de 90°. Dans ce cas, on observe une inversion des couleurs des deux images « Ω » et « a ».
Bien entendu, les « couleurs » sont présentées ici à titre d'exemple. On pourrait avoir des deuxièmes motifs pour les première et deuxième structures tels que les couleurs initiales des première et deuxième images soient différentes pour une incidence de 0° et présentent des comportements de variation spectrale en fonction de l'angle d'incidence identiques ou différents.
La FIG. 8 représente de façon schématique un deuxième exemple d'un composant optique de sécurité 80 comprenant un matriçage de pixels sous forme de bandes (81 - 84) et des images obtenues par éclairage successif des différentes bandes. Chaque bande, de largeur L supérieure par exemple à 500 μιη forme une région. Dans cet exemple, les premiers motifs de chacune des régions sont adaptés pour former des HSO hors axe présentant un même objet (une flèche) mais à une position et avec une orientation différentes dans le plan d'observation (voir images Imi - Ιη¾). Le deuxième motif est par exemple identique pour chacune des régions de telle sorte que l'objet (la flèche) soit de la même couleur sur chaque image. L'illumination en lumière polychromatique cohérente sur chaque bande permet alors de ne révéler qu'une image séparément des autres bandes. L'éclairage successif des différentes régions permet de simuler des effets de mouvements.
De manière similaire, il sera possible de créer des effets de morphing (déformation/transformation) par balayage. Par exemple, la première image de la première zone peut présenter une forme définie qui évolue dans chaque zone successive pour simuler un mouvement et/ou une transformation de la forme.
De plus, chaque zone de chaque premier motif peut présenter un second motif différent en termes de période, d'orientation du réseau et/ou de profondeur du réseau afin de modifier la couleur de chacune des zones.
La FIG. 9 représente un exemple d'objet sécurisé intégrant un premier composant optique de sécurité et un deuxième composant optique dé sécurité, adaptés pour une vision stéréo scopique humaine ou par des lecteurs vidéo ou d'images stéréoscopiques;
Dans cet exemple, deux composants optiques de sécurité selon la présente description 90L et 90R sont agencés sur un objet sécurisé 1 à une distance donnée l'un de l'autre, de telle sorte que pour un éclairage donné 3, 3' respectivement sur les composants 90L et 90R, chaque œil/capteur voit une image de manière indépendante. Dans cet exemple, l'œil gauche ne peut voir que l'image 91, 92 issue du composant de sécurité 90L, tandis que l'œil droit ne peut voir que l'image 93, 94 issue du composant de sécurité 90R. Bien évidemment et comme décrit précédemment, chacun des composants 90L et 90R peut présenter des structures permettant de générer des HSO avec des couleurs spécifiques ou identiques liées à au filtrage résonant. La reconstruction mentale de l'image permet l'observation de l'image sur un plan virtuel, le plan virtuel pouvant être positionné à une distance médiane des deux images issues de chacun des composants 90L et 90R.
Les FIGS. 10A et 10B et 11A - 11B montrent d'autres exemples d'objets sécurisés intégrant des exemples de composants optiques de sécurité avec des structures adaptées pour la formation d'éléments diffractifs de type HSO, par exemple en champ proche.
Dans l'exemple des FIGS 10A et 10B, le composant optique de sécurité 100 comprend une première structure agencée sur une zone 101 et une deuxième structure agencée sur une zone 102, les zones 101 et 102 étant formés de pixels alternés les uns avec les autres pour former un damier (zones entrelacées).
Par exemple, la première structure 101 comprend un premier motif modulé avec un deuxième motif, de telle sorte à former un HSO de Fresnel, permettant de générer une image 103 de couleur donnée dans un plan de reconstruction 5 à distance finie (HSO en champ proche), le plan de reconstruction 5 étant en arrière de l'objet sécurisé 1 par rapport à la position de la source d'éclairage. La deuxième structure 102 comprend un premier motif modulé avec un deuxième motif, de telle sorte à former un HSO de Fresnel, permettant de générer une image 104 de couleur donnée, par exemple différente de la couleur de l'objet 103, dans un plan de reconstruction 5' à distance finie (HSO en champ proche), le plan de reconstruction 5' étant en avant de l'objet sécurisé 1 par rapport à la position de la source d'éclairage.
En éclairage incident non nul, par exemple sous incidence compris entre 20° et 40°, comme montré sur les FIGS. 10A et 10B, on peut générer une inversion des couleurs des images 103 et 104 par rotation azimutale de l'objet 1, par exemple si les deuxièmes motifs de chacune de première et deuxième structures sont unidimensionnels, de même période et orientés dans des directions sensiblement perpendiculaires.
Dans l'exemple des FIGS 11A et 11B, le composant optique de sécurité 110 comprend une première structure agencée sur une zone 111, une deuxième structure agencée sur une zone 112 et une troisième structure agencée sur une zone 113. Les zones 111 - 113 sont formées de pixels alternés les uns avec les autres pour former un damier (zones entrelacées).
Par exemple, la première structure 111 comprend un premier motif modulé avec un deuxième motif, de telle sorte à former un HSO, permettant de générer une image 114 de couleur donnée dans un plan de reconstruction 5 à distance finie. La deuxième structure 112 comprend un premier motif modulé avec un deuxième motif, de telle sorte à former un HSO, permettant de générer une image 115 de couleur donnée, par exemple différente de la couleur de l'objet 114, dans le même plan de reconstruction 5. La troisième structure 113 comprend un premier motif modulé avec un deuxième motif, de telle sorte à former un HSO, permettant de générer une image 116 de couleur donnée, par exemple différente de la couleur de l'objet 114 et de la couleur de l'objet 115, dans le même plan de reconstruction 5. Dans cet exemple, les images 114, 115, 116 se complètent pour former un objet reconnaissable, par exemple ici un parallélépipède rectangle.
En éclairage incident non nul, par exemple sous incidence compris entre 20° et 40°, comme montré sur les FIGS. 11 A et 11B, on peut générer une modification de l'une ou de l'autre des couleurs des images 114 - 116 par rotation azimutale de l'objet 1 en choisissant les filtres résonants adaptés, comme décrit précédemment.
Les composants de sécurité tels que décrits précédemment peuvent être réalisés selon un ou plusieurs exemples de réalisation de la façon suivante.
Les différentes structures optiques des différentes régions sont préalablement enregistrées par photo lithographie ou lithographie par faisceau d'électrons sur un support photosensible ou « photoresist » selon l'expression anglo-saxonne. Une étape de galvanoplastie permet de reporter ces structures optiques dans un matériau résistant par exemple à base de Nickel pour réaliser la matrice ou « master », voir par exemple l'ouvrage de référence « diffraction handbook grating » et plus particulièrement le chapitre 5 « Replicated Grating » (Christopher Plamer, Sixième édition, Newport 2006). Un estampage (ou « embossage ») peut ensuite être réalisé à partir de la matrice ainsi réalisée pour former la première couche en matériau diélectrique au moins partiellement structurée. Typiquement, la première couche en matériau diélectrique 23 (FIG. 2) est un vernis d'estampage de quelques microns d'épaisseur porté par un film support 24 de 5 μιη à 50 μιη en matériau polymère, par exemple en PET (polyéthylène téréphtalate). L'estampage peut être fait par pressage à chaud du matériau diélectrique (« hot embossing ») ou par moulage et réticulation UV (« UV casting »), mais de préférence par moulage et réticulation UV du fait de la profondeur des structures (typiquement entre 80 nm et 1 μιη). L'indice de réfraction de la couche formée du vernis d'estampage est typiquement proche de 1,5 pour la lumière visible.
Vient ensuite le dépôt de la deuxième couche 22 sur la couche ainsi estampée ou moulée. La deuxième couche peut être une couche métallique, déposée par évaporation thermique, par exemple sous vide, de façon parfaitement contrôlée en épaisseur, avec au moins l'un par exemple des métaux suivants : argent, aluminium, or, chrome, cuivre, nickel etc. La deuxième couche peut être une couche en matériau diélectrique, par exemple sulfure de zinc, oxyde de titane. Dans un ou plusieurs exemples de réalisation, la deuxième couche peut comprendre des régions métalliques et des régions en matériau diélectrique, comme décrit ci-dessous.
Une couche de fermeture d'indice de réfraction contrôlé est ensuite appliquée, par exemple par évaporation dans le cas d'un film mince ou par un procédé d'enduction. Pour certaines applications, telles que les produits de laminage ou de marquage à chaud, cette couche peut être la couche adhésive. La couche de fermeture, qui forme la troisième couche en matériau diélectrique 21 peut présenter selon les applications un indice de réfraction sensiblement identique à celui de la couche 23, autour de 1,5, ou peut présenter un indice de réfraction différent de celui de la couche 23. La couche de fermeture 21 peut présenter une épaisseur supérieure ou égale à un micron, par exemple de quelques microns. Selon la destination finale du produit, une couche adhésive 26 peut être appliquée sur la couche de fermeture.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la deuxième couche 22 peut comprendre dans une ou plusieurs régions un matériau diélectrique et/ou peut comprendre dans une ou plusieurs régions un matériau métallique et/ou peut être discontinue.
II est possible dans l'un ou l'autre de ces exemples de déposer dans une première étape une couche métallique sur la première couche en matériau diélectrique 23 ; puis la couche métallique est démétallisée partiellement pour la réalisation de motifs spécifique ou afin de faciliter la lisibilité de l'effet, ou pour générer d'autres régions dans lesquelles on pourra localement déposer une couche en matériau diélectrique ou une autre couche en matériau métallique. Pour cela, un premier procédé de démetallisation partielle consiste à appliquer un vernis de protection sur les régions où l'on souhaite que la couche métallique soit préservée. Ce vernis présente par exemple un indice de réfraction sensiblement identique à celui de la première couche 23, par exemple autour de 1.5, avec une épaisseur par exemple de l'ordre du micron. Par la suite une étape de bain chimique permet de détruire les parties métalliques non protégées. Eventuellement, un autre matériau métallique ou un matériau diélectrique est déposé dans une ou plusieurs des régions démétallisées pour former la deuxième couche 22. Enfin la troisième couche ou couche de fermeture 21 est appliquée sur l'ensemble du composant.
Un autre procédé de démetallisation partielle consiste à appliquer avec un motif donné une encre soluble sur la couche estampée ou réticulée à l'UV. Lors du dépôt du métal, celui-ci est appliqué uniformément sur la couche mais ne subsiste que sur les zones où ne se trouve pas l'encre lorsque l'encre est retirée.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, il est possible de former une deuxième couche 22 avec une ou plusieurs régions en matériau diélectrique et une ou plusieurs régions en matériau métallique en appliquant un ou plusieurs matériaux diélectriques avant l'étape de métallisation. Pour cela on pourra par exemple appliquer une encre soluble sur la couche estampée ou réticulée à l'UV. Un premier dépôt de couche mince permet d'appliquer uniformément un matériau diélectrique sur l'ensemble de la couche estampée ou réticulée à l'UV et sur l'encre ; le matériau diélectrique ne subsiste que sur les zones où ne se trouve pas l'encre lorsque l'encre est retirée. Ensuite une étape de métallisation, pouvant être sélective, est réalisée. Si la métallisation est sélective, elle comprendra également une étape d'impression préalable d'encre soluble permettant de sélectionner les zones d'application du métal ou l'impression d'une encre de protection après dépôt du métal.
Comme cela apparaît au vue de l'exemple de méthode de fabrication décrite ci- dessus, l'inclusion d'un composant optique de sécurité selon la présente description dans un document sécurisé est parfaitement compatible avec la présence dans le même document de structures à base de réseaux habituellement utilisées pour la réalisation de composants ho lo graphiques .
Notamment, il sera possible de réaliser un composant optique de sécurité comprenant un ou plusieurs composants tels que décrits précédemment et un ou plusieurs autres type de composants optiques de sécurité, par exemple de type holographique.
Pour cela une matrice est réalisée par enregistrement des différents motifs correspondants aux différents composants optiques de sécurité sur le support photoresist puis comme précédemment une étape de galvanoplastie permet de transférer la structure optique de la photoresist à un support solide pour former la matrice. L'estampage ou le moulage suivi de la réticulation UV peut ensuite être réalisé à partir de la matrice pour transférer les différentes micro structures sur le film en matériau polymère.
Bien que décrite 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. En particulier l'homme de l'art saura combiner avantageusement les propriétés optiques des nombreux composants de sécurité optique connus avec les propriétés du composant optique de sécurité selon l'invention.

Claims

Revendications
1. Composant optique de sécurité (20) destiné à être authentifié dans le spectre visible, en lumière polychromatique spatialement cohérente, comprenant :
- une première couche (23) en matériau diélectrique, au moins partiellement structurée sur une face, et présentant un premier indice de réfraction (n3) ;
- une deuxième couche (22), déposée sur la face au moins partiellement structurée de ladite première couche dans au moins une première région, et présentant une bande spectrale de réflexion dans le visible ;
- une troisième couche (21) en matériau diélectrique déposée sur ladite deuxième couche et présentant un troisième indice de réfraction (ni); et
dans lequel ladite première couche (23) présente dans la première région au moins une première structure (S) formée par un premier motif (Si) modulé par un deuxième motif (S2), tels que:
o le premier motif (Si) est adapté pour former un premier élément diffractif de type hologramme synthétisé par ordinateur (HSO), calculé pour générer sous éclairage spatialement cohérent au moins une première image reconnaissable dans au moins un premier plan de reconstruction (5),
o le deuxième motif (S2) est un réseau périodique de période comprise entre 100 nm et 700 nm, déterminé pour produire, après dépôt de la deuxième couche et encapsulation de ladite première structure par la troisième couche, un filtre résonant dans une première bande spectrale.
2. Composant optique de sécurité selon la revendication 1, dans lequel le deuxième motif d'au moins une première structure est un réseau unidimensionnel.
3. Composant optique de sécurité selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
- la première couche présente dans la première région au moins une deuxième structure formée par un premier motif modulé par un deuxième motif, tels que: o le premier motif de la deuxième structure est adapté pour former un deuxième élément diffractif de type hologramme synthétisé par ordinateur, calculé pour générer sous éclairage spatialement cohérent au moins une deuxième image reconnaissable dans un deuxième plan de reconstruction (5'), o le deuxième motif est un réseau périodique de période comprise entre 100 nm et 700 nm, déterminé pour produire, après dépôt de la deuxième couche et encapsulation de ladite deuxième structure par la troisième couche, un filtre résonant dans une deuxième bande spectrale.
4. Composant optique de sécurité selon la revendication 3, dans lequel au moins ladite première image et au moins ladite deuxième image sont générées dans le même plan de reconstruction (5).
5. Composant optique de sécurité selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel les au moins première et deuxième structures sont agencées dans des zones (71, 72) entrelacées les unes avec les autres.
6. Composant optique de sécurité selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel les au moins première et deuxième structures sont agencées dans des zones adjacentes, l'éclairage successif de chaque zone permettant de simuler un effet de mouvement d'une image et/ou de transformation.
7. Composant optique de sécurité selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel:
- dans au moins ladite première région, la deuxième couche est une couche mince en matériau diélectrique, présentant un deuxième indice de réfraction (n2) tel que le deuxième indice de réfaction (n2) diffère du premier indice de réfraction (n3) et du troisième indice de réfraction (ni) d'au moins 0,3;
- pour au moins ladite première structure de ladite première région, le deuxième motif est adapté pour produire un filtre résonant passe bande en réflexion.
8. Composant optique de sécurité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel :
- dans au moins ladite première région, la deuxième couche est une couche mince en matériau métallique, d'épaisseur supérieure à 40 nm;
- pour au moins ladite première structure de ladite première région, le deuxième motif forme un filtre résonant coupe-bande en réflexion.
9. Composant optique de sécurité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel:
- dans au moins ladite première région, la deuxième couche est une couche mince en matériau métallique, d'épaisseur comprise entre 10 nm et 60 nm ;
- pour au moins ladite première structure de ladite première région, le deuxième motif est adapté pour produire un filtre résonant passe-bande en transmission.
10. Composant optique de sécurité selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel:
- le premier motif est adapté pour former un premier élément diffractif de type hologramme synthétisé par ordinateur réflectif
11. Composant optique de sécurité selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel: le premier motif est adapté pour former un premier élément diffractif de type hologramme synthétisé par ordinateur transmissif ;
- les premier indices de réfraction (n3) et troisièmes indices de réfaction (ni) présentent une différence supérieure à 0,1.
12. Objet sécurisé comprenant un support et un composant optique de sécurité selon l'une quelconque des revendications précédentes, agencé sur ledit support.
13. Procédé de fabrication d'un composant optique de sécurité selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 comprenant :
- la formation sur un film support (24) de ladite première couche (23) en matériau diélectrique;
- le dépôt de la deuxième couche (22) sur au moins une première région de la première couche en matériau diélectrique;
- le dépôt sur ladite deuxième couche de la troisième couche (21) en matériau diélectrique.
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Inventor name: CHIKHA, KHALID

Inventor name: HEGGARTY, KEVIN JOHN

Inventor name: PETITON, VALERY

Inventor name: SAUVAGE-VINCENT, JEAN

Inventor name: TOLLET, VINCENT

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