FR2509873A1 - Filtre chromatique soustractif par diffraction sensible a l'angle d'incidence d'une lumiere polychromatique, procede d'utilisation et article protege des contrefacons par ce filtre - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN FILTRE CHROMATIQUE SOUSTRACTIF PAR DIFFRACTION FONCTIONNANT EN LUMIERE BLANCHE, SON PROCEDE D'UTILISATION ET UN DISPOSITIF D'AUTHENTIFICATION UTILISANT LE FILTRE. LE FILTRE COMPORTE UN MILIEU OPTIQUE 100 A INDICE DE REFRACTION VARIABLE POSSEDANT CERTAINES VALEURS MINIMALES D'EPAISSEUR T ET DE PERIODICITE D VIS-A-VIS DE LA LONGUEUR D'ONDE DE LA LUMIERE INCIDENTE. LE FILTRE SATISFAIT CERTAINES CONTRAINTES PARTICULIERES CONCERNANT: 1)LES VALEURS RELATIVES DES INDICES DE REFRACTION DE SA STRUCTURE INTERNE ET DE SON ENVIRONNEMENT 114, 116, 2)LES VALEURS RELATIVES DE LA LONGUEUR D'ONDE DE LA LUMIERE INCIDENTE ET DE LA PERIODICITE, ET 3)LES VALEURS RELATIVES DES INDICES DE REFRACTION DU MILIEU OPTIQUE ET DE SON ENVIRONNEMENT. LE FILTRE A POUR EFFET DE PRODUIRE DES SPECTRES DE REFLEXION PAR SOUSTRACTION DE COULEUR ET DES SPECTRES DE TRANSMISSION PAR SOUSTRACTION DE COULEUR QUI DEPENDENT TOUS DEUX DE L'ANGLE D'INCIDENCE EN FONCTION DE SES PARAMETRES MATERIELS. CES FILTRES PEUVENT ETRE UTILISES COMME DISPOSITIFS D'AUTHENTIFICATION POUR ELEMENTS AUTHENTIFIES SOUS FORME DE FEUILLES, TELS QUE BILLETS DE BANQUE ET POCHETTES DE DISQUES.

Description

La présente invention concerne les filtres chromatiques soustractifs par

diffraction et, plus spécialement-, un nouveau type

de filtre chromatique soustractif par diffraction qui est particu-

lièrement adapté à être utilisé comme dispositif d'authentification pour un élément authentifié constitué sous forme d'une feuille. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 957 354, qui

concerne une technique de filtrage chromatique soustractif par dif-

fraction, utilise un milieu de phase diffractif (qui peut être de transmission ou de réflexion) éclairé en lumière polychromatique (par exemple blanche) pour séparer la lumière obtenue à l'ordre de diffraction zéro de la lumière obtenue aux ordres de diffraction supérieurs La lumière obtenue à l'ordre de diffraction zéro qui subit un filtrage chromatique soustractif possède des caractéristiques de couleur déterminées par des paramètres tels que l'amplitude optiquw

effective de crête et le profil de forme d'onde d'éléments de dif-

fraction spatialement répartis du milieu de phase diffractif La

combinaison des ordres de diffraction supérieurs possède des carac-

téristiques de couleur qui sont complémentaires de l'ordre de dif-

fraction zéro Ainsi que cela est discuté dans ce brevet, les filtres chromatiques soustractifs par diffraction, qui n'utilisent aucun colorant, peuvent être employés pour la projection d'images en couleur Dans ce cas, l'ordre de diffraction zéro peut être projeté au travers d'une ouverture suffisamment large pour admettre l'ordre de diffraction zéro, mais insuffisamment large pour admettre tout ordre de diffraction supérieur Dans la demande de brevet français 82/02 812, on décrit élément d'authentification en forme de feuille doté d'un dispositif d'authentification par diffraction réflective, qui utilise un filtre chromatique diffractif par réflexion (plutôt que par transmission), d'un type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 957 35 i cité ci-dessus, pour authentifier divers éléments se présentant sous forme de feuilles qui font l'objet de contrefaçons Ces éléments

comprennent des billets de banque et d'autres documents d'une cer-

taine valeur, cartes de crédit, passeports, laissez-passer et couvertures d'enregistrements phonographiques, par exemple Ce dispositif d'authentification empêche d'éventuels contrefacteurs d'utiliser des machines à photocopier sophistiquées permettant la reproduction en couleur de documents Ces machines à photocopier en couleur, actuellement ou au moins dans le futur proche, permettraient d'obtenir des reproductions en couleur si fidèles qu'un non-spécialiste trouverait très difficile, sinon impossible, de distinguer entre une contrefaçon et un article d'origine La condition de base nécessaire pour un dispositif d'authentification lié à un élément authentifié est que le dispositif d'authentification possède une particularité

distinctive qu'il n'est pas possible de reproduire par photocopie.

D'autres conditions sont que la particularité distinctive soit

facile à reconnaître pour une personne ordinaire; que la sophisti-

cation technique -et le coût financier nécessaires pour la fabrication de dispositifs d'authentification soient élevés et que la somme du coût unitaire variable et de l'amortissement du coût financier élevé par unité soit suffisamment basse pour ne pas faire obstacle à leur utilisation. Comme souligné dans la demande de brevet français no 82/02 812 citéecidessus, un filtre chromatique soustractif par diffraction en réflexion satisfait toutes ces conditions Un tel filtre possède la particularité de produire des ordres de diffraction réfléchis angulairement séparés de différentes couleurs en réponse à son éclairement par une lumière polychromatique Cette particularité ne peut être reproduite par une machine à photocopier Par simple inclinaison de l'élément authentifié, la séparation angulaire entre l'ordre zéro et le premier ordre et la largeur angulaire de chaque ordre sont suffisamment forts pour produire une différence de teinte qui peut facilement Etre discernée par une personne ordinaire De

plus, cette structure diffractive nécessite un haut degré de sophis-

tication et un coût financier élevé pour la production de la matrice de gravure originale, laquelle peut ensuite Etre reproduite par gravure de la structure diffractive dans une pellicule de matière plastique Cette technique de reproduction offre un coût unitaire

bas pour la fabrication de dispositifs d'authentification par dif-

fraction en réflexion.

L'invention concerne un nouveau type de filtre chroma-

tique soustractif par diffraction qui présente des caractéristiques

optiques inhabituelles à la fois en réflexion et en transmission.

En réflexion, le filtre chromatique soustractif par diffraction selon l'invention fonctionne comme un miroir coloré, dans lequel la couleur du miroir varie avec l'angle de visée Comme pour tout autre miroir, l'angle de visée est l'angle de réflexion dans lequel la lumière réfléchie suivant cet angle de visée dépend de la lumière arrivant sur le miroir à un angle d'incidence égal à cet angle de réflexion mais est totalement indépendant de la lumière arrivant sur le miroir suivant un angle d'incidence qui n'est pas égal à l'angle de réflexion de cet angle de visée Ainsi, à titre d'exemple, le miroir coloré selon l'invention peut se présenter comme un miroir rouge lorsqu'il est observé suivant un angle perpendiculaire à la surface du filtre, mais comme un miroir vert lorsqu'il est observé suivant un angle de par rapport à la perpendiculaire à la surface Dans le cas particulier de structures non absorbantes, les caractéristiques

chromatiques de ce nouveau filtre chromatique soustractif par dif-

fraction sont, en transmission, le complément de celles relatives à

la réflexion Ainsi, les caractéristiques chromatiques en transmis-

sion présentent également une dépendance angulaire Ces caractéris-

tiques chromatiques dépendant de l'angle, à la fois en réflexion et, en transmission, sont spécifiquement déterminées par les valeurs respectives de certains paramètres matériels et la structure de

diffraction constituant le filtre chromatique soustractif par dif-

fraction selon l'invention Bien que son utilisation ne s'y limite

pas, le filtre chromatique soustractif par diffraction selon l'inven-

tion peut etre utilisé de façon très avantageuse comme dispositif

d'authentification par diffraction en réflexion selon les enseigne-

ments du brevet français N O 82/02 812 cité ci-dessus.

Plus spécialement, l'invention se rapporte à un filtre chromatique soustractif par diffraction qui répond à une lumière polychromatique ayant un certain spectre de longueur d'onde en produisant des spectres de réflexion qui varient en fonction de

l'angle d'incidence et de la polarisation de la lumière l'éclairant.

Le filtre chromatique soustractif par diffraction-produit également des spectres de transmission qui sont sensiblement (plus exactement dans le cas particulier de structures non absorbantes) le complément des spectres de réflexion Du point de vue structurel, le filtre comprend un premier milieu optique d'une épaisseur t entre ses deux faces opposées Le premier milieu optique possède un indice de réfraction variable qui divise le premier milieu optique en éléments de diffraction périodiques juxtaposés d'une structure diffractive ayant une période d qui s'étend dans une direction sensiblement

parallèle aux faces et perpendiculairement à une direction donnée.

Ainsi, chacun des éléments de diffraction s'étend suivant une direc-

tion sensiblement parallèle aux faces et parallèlement à la direction donnée De plus, la répartition spatiale de l'indice de réfraction variable à l'intérieur du volume de chaque élément de diffraction

divise cet élément de diffraction en plusieurs régions tridimension-

nelles distinctes caractérisées par certaines valeurs d'indices de réfraction, lesquelles régions comportent une ou plusieurs régions à indice de réfraction relativement supérieur et une ou plusieurs régions à indice de réfraction relativement inférieur Chacune des régions possède une taille et une forme spécifiées, si bien que le volume total de chaque élément de diffraction possède un indice de

réfraction moyen n Cet ensemble d'éléments de diffraction est nor-

malement encastré entre un deuxième milieu optique ayant un indice de réfraction N 2 et un troisième milieu optique ayant un indice de

réfraction N 3.

On définit l'étendue spectrale intéressante comme allant d'une longueur d'onde minimale 1 à une longueur d'onde maximale 2 Cette étendue spectrale peut se situer dans l'intervalle visible ( 0,4 um < X < 037 /um) ou en n'importe quelle autre position du spectre électromagnétique Il est entendu que l'expression longueur d'onde désigne la longueur d'onde dans un milieu libre (on suppose que la longueur d'onde dans l'air est sensiblement égale à la longueur d'onde dans le milieu libre) Les structures décrites ci-dessous

satisfont les relations suivantes.

n > max (n 2, N 3) ( 1) d max (n 2, N 3) < X 2 ( 2) d Cn + 1) > 1 '3 ? 4 N t > ( 4) - 11 25098 i o max (n 2, N 3) désigne généralement le plus grand des indices N 2 et n 3, mais, dans le cas particulier o N 2 = N 33 cette expression désigne n 2 ou N 3 Il s'ensuit que les particularités de chacun des spectres dépendent ( 1) de l'angle d'incidence de la lumière d'éclairement, ( 2) de la taille et de la forme spécifiées de chacune des régions possédan lesdites valeurs d'indices de réfraction relativement supérieures et relativement inférieures(ce qui détermine la valeur de n), et ( 3)

des valeurs matérielles respectives de d et t.

La description suivante, conçue à titre d'illustration

de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels la figure 1 est un schéma illustrant un mode de réalisation général d'une structure de diffraction incorporant les principes de l'invention; la figure 2 est un exemple particulier, géométriquemen simple, de la structure de diffraction représentée d'une manière générale sur la figure 1; la figure 3 est un graphe montrant les étapes de

fabrication d'un premier exemple pratique de la structure de diffrac-

tion représentée de manière générale sur la figure 1; la figure 3 a illustre une première variante de l'exemple de la figure 3;

la figure 3 b illustre, sous forme idéale, les struc-

tures de diffraction des figures 3 et 3 a, possédant un ensemble pré-

déterminé de valeurs relatives de paramètres, tandis que les figures 3 c, 3 d et 3 e illustrent respectivement les spectres de réflexion d'ordre zéro de la structure présentée sur la figure 3 b pour une lumière polychromatique présentant les angles respectifs d'incidence 0 20 et 40 e;

la figure 4 illustre une deuxième variante de struc-

ture de diffraction fabriquée par le procédé présenté sur la figure 3;

la figure 4 a illustre, sous forme idéale, la struc-

ture de diffraction de la figure 4, possédant un ensemble prédétermina de valeurs relatives de paramètres, tandis que les figures 4 b et 4 c illustrent respectivement les spectres de réflexion d'ordre O de la structure présentée sur la figure 4 a pour une lumière polychromatique tombant sous des angles respectifs d'incidence de 00 et 300;

la figure 5 illustre une troisième variante de struc-

ture de diffraction fabriquée par le procédé de la figure 3; la figure 5 a illustre, sous forme idéale, la structure de diffraction de la figure 5 possédant un ensemble prédéterminé de valeurs relatives de paramètres, tandis que les figures 5 b et 5 c illustrent respectivement les spectres de réflexion d'ordre zéro

de la structure présentée sur la figure 5 a pour une lumière poly-

chromatique arrivant sous les angles respectifs d'incidence de O et 200; les figures 6 a et 6 b illustrent respectivement les spectres d'ordre zéro d'un filtre expérimental, qui a été réalisé concrètement et qui possède une structure de diffraction analogue à celle présentée sur la figure 4, pour une lumière polychromatique visible arrivant sous des angles respectifs d'incidence de O et 300;

la figure 7 illustre une quatrième variante de struc-

ture de diffraction fabriquée par le procédé présenté sur la figure 3; et les figures 8 et 9 illustrent des utilisations d'un filtre chromatique soustractif par diffraction incorporant les

principes de l'invention, sous forme d'un dispositif d'authentifi-

cation pour élément authentifié.

Telle qu'elle est utilisée présentement, l'expression "lumière" désigne la lumière visible possédant un spectre de longueur d'onde de 0,4 à 0,77 um, la lumière ultraviolette possédant un spectre de longueur d'onde en deça de 0,4 um, et la lumière infrarouge

possédant un spectre de longueur d'onde au-delà de 0,7/um Toute-

fois, bien que l'invention ne s'y limite pas, celle-ci est parti-

culièrement adaptée à être utilisée avec une lumière polychromatique

visible (par exemple blanche) diffuse tombant sur un filtre chroma-

tique soustractif par diffraction incorporant les principes de l'invention qui arrivent simultanément sur le filtre suivant tous

les angles d'incidence compris entre O et 900.

On sait qu'une lumière arrivant obliquement est réfractée lorsqu'elle traverse l'interface séparant deux milieux optiques ayant des indices de réfraction différents Toutefois, il n'est pas nécessaire de prendre en considération ces effets de réfraction pour comprendre les principes de l'invention Ainsi, pour préserver la

clarté de la description de l'invention, on ignorera les effets de

réfraction. L'expression "longueur d'onde dans un milieu libre", telle qu'elle est présentement utilisée, vise à comprendre la longueur d'onde dans l'air ou dans un milieu analogue, aussi bien que la longueur d'onde dans le vide, puisque, par comparaison avec l'indice

de réfraction des matériaux constituant le filtre lui-même, la dif-

férence entre l'indice de réfraction de l'air et celui du vide est négligeable. Sur la figure 1, est représenté un premier milieu optique

possédant une épaisseur t entre deux faces opposées 102 et 104.

Comme le montre la figure 1, l'épaisseur t est orientée suivant une direction Y verticale, et les faces 102 et 104 sont orientées suivant une direction X horizontale et une direction Z (non représentée) perpendiculaire au plan du dessin Le milieu optique 100 possède un indice de réfraction variable qui le subdivise en éléments de diffraction périodiques juxtaposés 106 présentant une période d qui est orientée dans la direction X Ceci entraîne que chacun des éléments de diffraction 106 s'étend suivant la direction Z (non représentée), perpendiculairement au plan du dessin La répartition spatiale N (x, y) de l'indice de réfraction variable à l'intérieur du volume de chaque élément de diffraction 106 divise ce dernier en plusieurs régions tridimensionnelles distinctes (par exemple les régions 108, 110 et 112) ayant des indices de réfraction présentant certaines valeurs relativement plus élevées et relativement moins élevées Comme on peut le voir sur la figure 1, chacune de ces régions possède une taille et une forme spécifiées Ceci entraîne que, globalement, chaque élément de diffraction 106 possède un indice de réfraction moyen n Sur la figure 1, les régions de structure fine 108, 110 et 112 sont représentées par le premier, le deuxième et le dernier élément de diffraction 106, tandis que seul l'indice de réfraction moyen N est indiqué pour le troisième et le quatrième élément de diffraction 106 Il faut toutefois comprendre que les éléments de diffraction 106 à structure fine et à indice

de réfraction moyen N sont tous analogues.

En contact avec la face 102, il existe un deuxième milieu optique 114 possédant une épaisseur t 2 dans la direction Y et présentant un indice de réfraction N 2 * En contact avec la face

104, il existe un troisième milieu optique 116 possédant une épais-

seur t 3 dans la direction Y et présentant un indice de réfraction N 3.

Si l'on suppose que l'absorption à l'intérieur du filtre chromatique soustractif par diffraction de la figure 1 est négligeable, une première partie du faisceau lumineux polychromatique 118 tombant sur la surface supérieure 120 du deuxième milieu optique 114 sous un angle a par rapport à la perpendiculaire donne finalement naissance à un faisceau lumineux sortant 122 réfléchi à l'ordre zéro

suivant un angle de réflexion a par rapport à la perpendiculaire.

Une deuxième partie du faisceau lumineux polychromatique 118 arri-

vant sur la surface supérieure 120 sous un angle a par rapport à la perpendiculaire donne finalement naissance à un faisceau lumineux 124 transmis à l'ordre zéro qui sort de la surface inférieure du troisième

milieu optique 116 sous un angle a par rapport à la perpendiculaire.

Les caractéristiques de polarisation et de couleur des spectres du faisceau lumineux 122 réfléchi à l'ordre zéro pour chaque angle de réflexion dépendent du spectre de longueur d'onde et de l'angle d'incidence du faisceau lumineux-polychromatique 118, ainsi que des paramètres matériels du filtre chromatique soustractif par diffraction présenté sur la figure 1 Ces paramètres matériels comportent les valeurs respectives de la période d des éléments de diffraction 106 et l'épaisseur t du premier milieu optique 100; les valeurs respectives de l'indice de réfraction N 2 du deuxième milieu optique 114 et N 3 du troisième milieu optique 116, et les valeurs respectives de l'indice de réfraction variable N (x, y) en fonction de la répartition spatiale à l'intérieur du volume de chaque élément de diffraction 106, lesquelles valeurs respectives définissent la taille et la forme de chacune des régions 108, 110 et 112 et l'indice de réfraction moyen N de chaque élément de diffraction 106 Ces mêmes facteurs déterminent les caractéristiques de couleur et de polarisation des spectres du faisceau lumineux 124 transmis-à l'ordre zéro qui sort sous un angle a par rapport à la perpendiculaire, puisque le faisceau lumineux transmis 124 présente des caractéristique de couleur qui, dans le cas particulier de structures non absorbantes, sont complémentaires de celles du faisceau lumineux 122 réfléchi à l'ordre zéro. On sait que la lumière est une onde électromagnétique et que les propriétés des ondes électromagnétiques sont définies par les équations de}axwell On sait également que, lorsque la période d d'une structure de diffraction est beaucoup plus petite que la longueur d'onde de la lumière incidente, la lumière incidente n'est pas affectée par la structure de diffraction (c'est-à-dire ne la

voit pas) On sait également que, lorsque la période d de la struc-

ture de diffraction est sensiblement plus grande que la longueur d'onde de la lumière incidente, les propriétés de diffraction de la structure peuvent être déterminées, avec une erreur négligeable, sans faire appel aux équations de Maxwell, par utilisation des approximations simplifiées données par la théorie de Kirchhoff-Huygens Toutefois, comme dans le cas de l'invention, lorsque le comportement d'une structure de diffraction dépend d'une lumière présentant un

spectre de longueur d'onde qui comprend des longueurs d'onde appar-

tenant au voisinage général de la période d de la structure de dif-

fraction, il est essentiel d'utiliser les équations de Maxwell

pour déterminer les propriétés de la structure de diffraction.

La relation ( 1) donnée ci-dessus indique > max (n n) ( 1) Ceci implique que la valeur de l'indice de réfraction moyen N de la structure de diffraction formée par le premier milieu optique 100

de la figure 1 est plus grande que la valeur de l'indice de réfrac-

tion N 2 du deuxième milieu optique 114 en contact avec la face supérieure 102 du premier milieu optique 100 et est également plus grande que la valeur de l'indice de réfraction n du troisième milieu optique 116 en contact avec la face inférieure 104 du milieu optique 100. La relation ( 2) indique d max (n,2 n) < ( 2) L'effet de cette limitation est d'empêcher (au moins dans une partie

intéressante de l'étendue spectrale et lorsque l'angle de visée est-

égal à un angle d'incidence a = 0) que d'autres ordres de diffraction que l'ordre zéro, qui peuvent être produits avec le premier milieu optique 100, n'émergent dans le milieu ambiant Ainsi, toute la lumière réfléchie et toute la lumière transmise qui émerge dans le milieu ambiant, ces deux faisceaux étant ce qui est finalement tiré du faisceau polychromatique 118 sous incidence normale (c'est-à-dire avec a = 0), ne sont constituées que par le faisceau lumineux 122 réfléchi à l'ordre zéro et le faisceau lumineux 124 transmis à

l'ordre zéro.

La relation ( 3) indique d (n + 1) > X 1 ( 3) Puisque, dans le premier milieu optique 100, l'indice de réfraction moyen N est grand par rapport à l'indice de réfraction sensiblement égal à l'unité du milieu ambiant, la longueur d'onde de la lumière à l'intérieur du premier milieu optique 100 sera plus courte que la longueur d'onde correspondante dans le milieu ambiant, c'est-à-dire la longueur d'onde dans un milieu libre La relation ( 3) implique que, au moins pour un angle d'incidence a approchant 90 à l'intérieur du premier milieu optique 100, l'ordre de diffraction zéro et au moins un premier ordre-de diffraction peuvent tous deux se propager De plus, pour que la relation ( 2) et la relation ( 3) soient toutes deux vraies, il faut que les valeurs de À en milieu libre et de d soient très proches l'une de l'autre Ainsi, il est nécessaire de faire usage des équations de Maxwell pour prédire

les propriétés optiques du filtre chromatique soustractif par dif-

fraction présenté sur la figure 1, La relation ( 4) indique t_ ( 4) = 4 n La relation ( 4) signifie que le premier milieu optique

possède une épaisseur suffisante t pour assurer que des inter-

férences constructives et destructives (résultant de trajets optiques différents) se produisent à certaines longueurs d'onde du spectre de la lumière polychromatique entre les rayons du faisceau lumineux réfléchi par la face 102 et les rayons du faisceau lumineux réfléchi par la face 104 qui se combinent finalement pour former le faisceau

lumineux 122 réfléchi à l'ordre zéro.

Les caractéristiques de filtrage d'un filre chromatique

soustractif par diffraction qui obéit à toutes les contraintes indi-

quées ci-dessus dépendent des valeurs particulières de ses paramètres matériels tels que N 23 X 3, la fonction N (x, y), laquelle détermine la taille et la forme de chacune des régions 108, 110 et 112, et les

valeurs matérielles de t et d Fourla réalisation d'un filtre parti-

culier, il faut résoudre les équations de Maxwell relatives à un ensemble choisi de ces paramètres matériels pour diverses longueurs d'onde relatives se trouvant à l'intérieur d'un spectre de longueur d'onde relatives en i/d En pratique, il faut faire appel à un calculateur pour effectuer les nombreux calculs nécessaires à-la résolution des équations de Maxwell par analyse numérique pour un ensemble particulier quelconque de paramètres matériels Selon une autre possibilité, on construit un filtre sur la base de valeurs

spécifiques des paramètres physiques, et on mesure ses caractéris-

tiques spectrales de réflexion.

Comme le montre la figure 1, le deuxième milieu optique 114 et le troisième milieu optique 116 comprennent des couches distinctes de matière présentant des épaisseurs respectives t 2 et t 3 qui sont ordinairement beaucoup plus grandes que l'épaisseur t du premier milieu optique 100 Les indices respectifs N 2 et N 3 de la matière formant le deuxième milieu optique 114 et le troisième milieu optique 116 sont généralement plus grands que l'indice de réfraction sensiblement unitaire du milieu ambiant, mais-leurs valeurs softt plus petites que la valeur de l'indice de réfraction moyen n Toutefois, ceci n'est pas essentiel En principe au moins, le deuxième milieu optique 114 et, ou bien, le troisième milieu optique 116 peuvent être de l'air ou du vide Dans ce cas particulier, le faisceau lumineux pblychromatique 118 pourrait tomber directement sur la face 102, si bien que le faisceau lumineux réfléchi 122 d'ordre zéro et, ou bien,

le faisceau lumineux transmis 124 d'ordre zéro émergeraient directe-

ment de la surface 102 et, ou bien, de la surface 104.

La figure 2 montre un exemple particulier géométriquement simple d'un filtre chromatique soustractif par diffraction du type

présenté sous forme générale sur la figure 1 Dans l'exemple parti-

culier de la figure 2, le premier milieu optique 100 est constitué

de régions rectangulaires périodiquement séparées 200 qui sont cons-

tituées d'une matière ayant un indice de réfraction ni = 3 Ces régions 200 à indice de réfraction relativement élevé sont séparées par des régions rectangulaires 202 ayant un indice de réfraction relativement bas n = 1,5 Le deuxième milieu optique 114 et le troisième milieu optique 116 ont tous deux des indices de réfraction n 2 et N 3 valant également 1,5 L'épaisseur t du premier milieu optique 100 (qui est la hauteur des deux régions rectangulaires 200 et 202) possède la valeur relative de 0,625 d, o d est la période spatiale

des éléments de diffraction formés par chaque paire de régions adja-

centes 200 et 202 La largeur W de chaque région rectangulaire 200 à indice de réfraction plus élevé possède une valeur relative égale à 0,125 d Ainsi, la largeur de chaque région rectangulaire 202 à indice de réfraction inférieur possède une valeur relative égale à

0,875 d.

Les milieux optiques 114 et 116 ont des épaisseurs t 2 et t 3 qui sont beaucoup plus grandes que la période spatiale d du premier milieu optique 100 A titre d'exemple, la valeur relative de l'épaisseur t 2 peut Etre de 37,5 d, tandis que l'épaisseur t 3 est

supposée suffisamment grande pour être considérée s'étendre indéfi-

niment. D'un point de vue théorique, le réseau stratifié encastré présenté sur la figure 2 est probablement la structure géométriquement la plus simple qui produit les spectres de réflexion dépendant de

l'angle qui sont discutés ci-dessus en relation avec la figure 1.

Pour vérifier la validité des hypothèses sur lesquelles l'invention repose, on a calculé, à l'aide d'un calculateur, pour chacune de deux valeurs d'angles d'incidence, les spectres respectifs du faisceau lumineux réfléchi à l'ordre zéro, pour le mode de réalisation parti- culier de la figure 2 Plus spécialement, le calculateur a résolu les équations de Maxwell pour chacun de quatre cas différents, dans

l'hypothèse o le spectre de longueur d'onde X/d de la lumière poly-

chromatique s'étendait sur une étendue relative de valeurs de A/d allant de 1 à 2,4 Les quatre cas sont définis de la manière suivante ( 1) l'angle d'incidence (par rapport à la perpendiculaire) vaut O et le vecteur électrique E de la lumière incidente est supposé être polariséparallèlement à la direction des traits du réseau (laquelle est, sur la figure 2, une direction perpendiculaire au dessin); ( 2) l'angle d'incidence vaut 0 (par rapport à la perpendiculaire), tandis que le vecteur magnétique H de la lumière incidente est supposé être polarisé parallèlement à la direction des traits du réseau; ( 3) l'angle d'incidence vaut 20 , tandis que le vecteur

électrique E de la lumière incidente est supposé être polarisé paral-

lèlement à la direction des traits du réseau; et ( 4) l'angle d'incidence vaut 20 ', tandis que le vecteur magnétique H de la lumière incidente est supposé être polarisé parallèlement à la direction des traits du réseau Dans chacun de ces quatre cas, les solutions respectives des équations de Maxwell pour une structure présentant les paramètres matériels de la figure 2 ont révélé que les spectres de réflexion d'ordre zéro à polarisation électrique et magnétique dépendent de l'angle On obtient chacun de ces spectres de réflexion en traçant un graphe qui donne le pourcentage de lumière réfléchie à l'ordre zéro en fonction de X/d sur le spectre de longueurs d'onde relatives allant de 1 à 2,4 Il apparaît que chacun des deux spectres à vecteur électrique présente une crête importante du facteur de réflexion sur un sous-intervalle du spectre en X/d en même temps que plusieurs crêtes moins élevées du facteur de réflexion sur le reste du spectre Les positions respectives, exprimées en termes de valeurs de X/d, des sous-intervalles des crêtes élevées du facteur de réflexion et les formes de ces crêtes 250987 a

sont sensiblement différentes dans le cas de la lumière polychroma-

tique arrivant sous 0 et dans le cas de la lumière polychromatique arrivant sous 20 Les spectres à vecteur magnétique H respectifs ne sont constitués que de crêtes relativement basses du facteur de réflexion Toutefois, les hauteurs relatives, les formes et les répartitions spatiales de ces crêtes sont différentes dans le cas de la-lumière polychromatique tombant à O et dans celui de la lumière polychromatique tombant à 200 Ainsi, les hypothèses sur

lesquelles l'invention repose sont valables.

On peut obtenir différents effets colorés en fonction du choix particulier de la valeur de d Lorsque d a une valeur de 0,41 um, la couleur varie du rougeâtre au blanc lorsque l'angle d'incidence passe de O ' à 20 Toutefois, pour une valeur de d égale à 32/um, la couleur passe du vert au rouge lorsque l'angle d'incidence varie de O ' à 20 De plus, puisque tous les spectres contiennent un certain nombre de particularités de détail faibles du facteur de réflexion, telles que des crêtes et des bords de bande escarpés, il est possible d'utiliser ces crêtes et ces bords de bande

escarpés dans un dispositif d'authentification destiné à une identi-

fication à la machine De fait> par un choix approprié de la valeur de d, certaines des crêtes ou certains des bords terminaux escarpés qui se produisent à des longueurs d'onde plus élevées peuvent être amenés

à se produire dans l'infrarouge, plutôt que dans le spectre visible.

De plus, les spectres de réflexion à vecteur E et à vecteur H sont très différents l'un de l'autre Cette forte dépendance vis-à-vis de la polarisation est également adaptée à une identification à la machine, lorsque l'invention est utilisée dans un dispositif d'authentification du type discuté ci-dessus De plus, la dépendance angulaire autour d'un axe de basculement parallèle à la direction des traits du réseau est notablement différente de celle qui est associée à un axe de basculement perpendiculaire à la direction des traits du réseau Ceci constitue un autre caractère de discrimination

qui peut être utilisé dans une identification à la machine.

On a obtenu la structure de la figure 2 en choisissant les indices de réfraction N 1 3 et N 3 = N 2 1,5, puis en optimisant les épaisseurs t et la largeur de trait w Les épaisseurs t 2 Et t 3 des couches inférieure et supérieure ne sont pas cruciales pour autant qu'elles soient grandes par rapport à d Pour une meilleure visibilité de la lumière en réflexion, la couche inférieure doit etre bordée par une matière fortement absorbante (noire) Les valeurs de t et W données sur la figure 2 ne sont pas les seuls choix de ces

paramètres qui donnent de bons résultats.

Alors que, pour un dispositif d'authentification, on utilise les spectres d'ordre zéro en réflexion, on comprendra que les spectres de transmission, qui sont également produits, peuvent Etre

utilisés à d'autres fins.

Le principal avantage de la structure géométriquement simple de l'exemple présenté sur la figure 2 est qu'il est facile de calculer à l'aide d'un calculateur des solutions aux équations de

Maxwell pour vérifier la validité de l'invention Toutefois, la struc-

ture de la figure 2 devrait etre plus difficile (si ce n'est pas impossible) à mettre en oeuvre concrètement dans une structure réelle, relativement à l'état présent de la technique La figure 3 illustre les étapes d'un procédé de fabrication d'un modèle de l'invention qui est géométriquement plus complexe, mais plus pratique, avec des

structures matérielles qui sont plus faciles à réaliser.

La figure 3 est un diagramme montrant les étapes successives d'un procédé de fabrication d'un filtre utilisant les principes de l'invention, à partir d'un matériau thermoplastique 300 qui peut présenter une configuration à relief de surface gravée au moyen d'une matrice mère de gravure en métal 302, par des techniques connues comme le moulage ou le pressage à chaud A titre d'exemple,

la matrice métallique 302 possède un profil à forme d'onde rectangu-

laire d'une profondeur a La première étape consiste à graver ce

profil de forme d'onde dans la face supérieure du matériau thermo-

plastique 300, lequel présente un indice de réfraction N 3 Ceci conduit à la production d'une structure en relief 304 La deuxième étape consiste à déposer une couche relativement mince de matériau 306 présentant un indice de réfraction N 1 et ayant une épaisseur et une forme caractéristiques données sur la surface en relief de la

structure 304 Les techniques de dépôt connues comprennent l'évapo-

ration, la pulvérisation (en particulier la pulvérisation par faisceau ionique), etc On choisit le matériau 306 de façon qu'il possède un indice de réfraction N 1 qui est grand par rapport à l'indice de réfraction N 3 du matériau thermoplastique 300 L'étape suivante consiste à revêtir la couche déposée 306 se trouvant sur la surface en relief de la structure 304 au moyen d'un matériau 308 présentant un indice de réfraction N 2, qui est relativement bas par rapport à l'indice de réfraction N 1 de la couche déposée 306 Ceci aboutit à un filtre terminé qui est constitué d'un premier milieu optique possédant une épaisseur t qui va du fond des creux du profil de forme d'onde en relief de surface de la structure thermoplastique 304 jusqu'au sommet de la couche déposée 306 recouvrant les crêtes de ce profil de forme d'onde Le premier milieu optique de la figure 3 comprend les régions de la structure thermoplastique 304 qui forment les crêtes du profil de forme d'onde (indice de réfraction N 3), toutes les régions de couche déposée 306 (indice de réfraction N) et les parties des creux de ce profil de forme d'onde en relief de surface qui ne sont pas déjà remplies par la couche déposée 306 mais qui sont remplies par le matériau de revêtement 308 (indice de réfraction N 2) Pour satisfaire les conditions imposées selon l'invention, il est nécessaire que l'indice de réfraction moyen n de toutes les régions dont le premier milieu optique du filtre terminé est fait soit plus grand que la valeur dé N 2 ou N 3 Le deuxième milieu optique est constitué du reste du revêtement 308 qui se trouve au-dessus de la structure en relief de surface 304, et le troisième milieu optique est constitué du reste du matériau thermoplastique

300 qui se trouve au-dessous de la structure en relief de surface 304.

Sur la figure 3, il peut arriver que l'épaisseur c de la couche déposée 306 soit plus petite que la profondeur a du réseau à forme d'oqde rectangulaire gravée L'épaisseur c de la couche déposée 306 peut être plus grande que la profondeur a du réseau à

forme d'onde rectangulaire gravée Dans ce dernier cas, la configu-

ration du filtre terminé de la figure 3 aura l'aspect présenté sur la figure 3 a, au lieu de celui du filtre terminé présenté de fait

sur la figure 3.

La figure 3 b montre, sous forme idéale, un exemple particulier de réalisation selon l'invention des filtres terminés des figures 3 et 3 a Comme cela est indiqué sur la figure 3 b, l'indic, de réfraction N relativement élevé de 'la couche déposée 306 est égal à 3; les indices de réfraction relativement bas N 2 et N 3 valent tous deux 1,5; la période d présente un rapport dimensionnel, ou coefficient d'utilisation, de 50 % (c'est-à-dire il s'agit d'une onde carrée); l'épaisseur c de la couche déposée 306 possède la valeur relative 0,22 d et la distance entre le sommet de la couche déposée 306 situé à l'intérieur d'un creux de la forme d'onde et le fond de la couche déposée 306 situé au-dessus d'une cr Ate de la forme

d'onde déposée a une valeur relative de 0,055 d Ainsi, la profon-

deur du profil d'onde carrée est 0,275 d (la somme de 0,22 d et 0,055 d) Un calculateur programmé pour résoudre les équations de Maxwell concernant la configuration et les valeurs de paramètres particulières de la figure 3 a calculé les spectres de réflexion d'ordre zéro présentés sur les figures 3 c, 3 d et 3 e pour divers angles d'incidence du faisceau lumineux polychromatique sur l'étendue du spectre de longueur d'onde s'exprimant en valeur relative X/d, de 1 à 2,5 La figure 3 c montre à la fois le spectre de réflexion d'ordre zéro pour le vecteur E et le spectre de réflexion pour le vecteur H dans le cas d'un angle d'incidence de O' par rapport à la perpendiculaire, tandis que les figures 3 d et 3 e montrent ces spectres de réflexion pour des angles respectifs de 200 et 400 par rapport à la perpendiculaire Comme on peut le voir sur la figure 3 c, pour un angle d'incidence nul, le spectre de réflexion d'ordre zéro

associé au vecteur E présente une crête unique importante La posi-

tion du sous-intervalle du spectre des longueurs d'onde relatives dans lequel se trouve cette crête unique est donnée d'après la relation ( 4), qui a été discutée ci-dessus Plus spécialement, la crête ne se produit que sur un sous-intervalle de longueurs d'onde relatives X/d se situant dans l'étendue spectrale intéressante X 1 < x < X 2 sensiblement en conformité avec la valeur maximale de n 2 ou N 3 (qui valent 1,5 dans le cas de la figure 3 b), Ainsi que

cela a été établi ci-dessus en relation avec la figure 2, la pola-

risation du vecteur H contribue, pour chacune des figures 3 c, 3 d et

3 e, relativement peu au coefficient de réflexion global, mais Con-

tient des particularités, par exemple des cr Ates étroites et pointues

adaptées à une identification à la machine.

Plus généralement, la largeur de la crête unique importante se trouvant à O' (comme la grande crête de la figure 3 c) augmente avec l'indice de réfraction N du matériau de dép 8 t et avec l'épaisseur c du dépôt Une valeur de crête de la réflectance (facteur de réflexion) proche de 100 % peut ordinairement être obtenue pour n'importe quel type donné-de profil de réseau par adaptation de la valeur de la profondeur et, ou bien, de la valeur de l'épaisseur de dépôt Comme cela apparatt sur la figure 3 c, la crête importante correspondant à la polarisation du vecteur E satisfait tous les

critères indiqués ci-dessus De plus, le spectre associé à la pola-

risation du vecteur E présente une crête de réflexion relativement faible pour une valeur de X/d voisine dé l'unité, tandis que le spectre associé à la polarisation du vecteur H présente une crête de réflexion relativement étroite pour les valeurs de X/d voisines

de 1,52.

Comme cela est indiqué sur les figures 3 d et 3 e, le

spectre de réflexion se sépare en deux crêtes se déplaçant symétri-

quement en direction des longueurs d'onde respectivement plus courtes et plus grandes pour des angles d'incidence qui sont obliques par rapport à un axe (perpendiculaire au plan du dessin) parallèle aux traits du réseau L'amplitude de déplacement de la longueur d'onde

par rapport à la position initiale pour a= O est de l'ordre de du.

Toutefois, pour des angles obliques par rapport à un axe perpendicu-

laire aux traits du réseau, il s'ensuit un déplacement beaucoup plus

faible en direction des longueurs d'onde plus courtes, sans sépara-

tion des crêtes associées Ce déplacement plus faible est analogue à la dépendance en cos a des décalages observés dans des structures

à filtres d'interférence classiques.

Par un choix approprié de la période d du réseau, on peut placer la crête correspondant à a = O dans le rouge Ensuite, la séquence va au vert, puis au bleu pour des déplacements typiques

jusqu'à a = 15 , puis 300 (parallèlement aux traits du réseau) Tou-

tefois, si l'on choisit la période d du réseau de façon que, pour a = 0, la crête soit placée dans le vert, un déplacement typique conduit au magenta Enfin, si l'on choisit la période d du réseau de façon que, pour a = 0, la crête soit placée dans le bleu, un

déplacement typique amène la couleur à pass-er au vert, puis au rouge.

Cette description des changements de la couleur est quelque peu

simplifiée, puisque la structure particulière, telle que la structure de la figure 3 b, présente sa propre signature spectrale spécifique (qui comporte, dans le cas de la figure 3 b, l'effet des crêtes de polarisation électrique et magnétique supplémentaires à mi-hauteur,

que montrent les figures 3 c et 3 d).

Des valeurs typiques pour la période d du réseau sont de 0,1 à 0,45 um, et des valeurs typiques pour la profondeur a du réseau sont de 0,1 à 0,2, um, lorsque x se trouve dans le spectre visible, c'est-à-dire de 0,4 à 0, 7/um L'indice de réfraction du

matériau de dépôt est ordinairement compris entre 1,7 et 5 En pra-

tique, l'indice de réfraction N dépend de la longueur d'onde x et peut être complexe (pour des matériaux absorbants), ce qui introduit

une autre forme de variation dans la conception du filtre.

Sur la figure 3, on suppose que le dépôt s'effectue parfaitement perpendiculairement à la surface de la structure en relief, si bien que l'épaisseur du dépôt sur tous les fonds et sur

tous les sommets du profil à forme d'onde rectangulaire est uniforme.

En pratique, un semblable dépôt parfait ne peut être qu'approché, et

jamais atteint, par des techniques de dépôt réelles, telles qu'éva-

poration ou la pulvérisation par faisceau ionique, perpendiculaire-

ment à la surface de la structure en relief Il s'ensuit que, en pratique, le procédé de la figure 3 tend-à conduire à un filtre terminé possédant une configuration qui ressemble plus à celle de

la figure 4 qu'à celle de la figure 3 ou de la figure 3 a La princi-

pale différence entre la configuration de la figure 4 et celles des figures 3 et 3 a est que l'épaisseur du matériau déposé 306 recouvrant les fonds de la structure 304 en relief à forme d'onde rectangulaire est sensiblement plus grande que l'épaisseur surmontant les crêtes

de ce profil de forme d'onde rectangulaire.

La figure 4 a présente, sous forme idéale, un exemple

spécifique de configuration approchant la configuration de la figure 4.

Sur la figure 4 a, la valeur de l'indice de réfraction N relativement élevé du matériau déposé 306 est 2,3, tandis que les indices de réfraction N 2 et N 3 de la structure 304 et du revêtement 308 valent 1,5 Comme cela est indiqué sur la figure 4 a, la frontière entre la structure 304 et la couche déposée 306 forme un profil d'onde carrée présentant une période d et une amplitude relativement élevée de 0,3 d La frontière entre le revêtement 308 et la couche déposée 306 formeun profil à onde carrée ayant une période d et une amplitude relativement faible de 0,1 d De plus,-les fonds de cette onde carrée d'amplitude relativement faible se trouvent à une distance de 0,1 d

au-dessus des sommets de l'onde carrée d'amplitude relativement élevée.

Ainsi, dans le cas de la figure 4 a, l'épaisseur globale t du premier

milieu optique est 0,5 d.

Les figures 4 b et 4 c montrent respectivement le spectre de réflexion d'ordre zéro pour des angles d'incidence de 00 et 300, ces spectres ayant été calculés par résolution sur calculateur des équations de Maxwell relatives à un filtre ayant la configuration

et les paramètres matériels présentés sur la figure 4 a Les simili-

tudes et les différences existant entre les spectres de réflexion d'ordre zéro des figures 4 b et 4 c, d'une part, et ceux présentés

sur les figures 3 c, 3 d et 3 e, d'autre part, doivent Etre notées.

Plus spécialement, la caractéristique principale, apparaissant sur la figure 4 b, est que, pour 0 , le vecteur E intense possède une valeur relative de crête de réflexion pour x d'environ 1,8 d Comme cela apparaît sur la figure 4 c, pour un angle d'incidence de 30 , cette crete se sépare en deux crêtes de valeurs relatives de X égales à environ 1,38 d et environ 2,25 d Ceci est en accord avec les principes généraux discutés ci-dessus en relation avec les figures 3 c, 3 d et 3 e De plus, lorsque l'angle d'incidence est de 300, il y a une troisième crtte dans le spectre de polarisation du vecteur E pour une valeur relative de X d'environ 1,08 d, comme cela apparaît sur la figure 4 c Le spectre de polarisation du vecteur H relatif à l'angle d'incidence de 0 apparaît presque sanb particularités sur la figure 4 b Toutefois, pour un angle d'incidence de 30 , comme on peut le voir sur la figure 4 c, il apparaît un spectre complexe ayant plusieurs résonances aigues Il est clair que ces crêtes aiguës sont idéalement adaptées à l'identification par une

machine.

Il n'est pas nécessaire que la couche déposée 306 soit appliquée perpendiculairement à la surface en relief de la structure 304 La figure 5 illustre une configuration du filtre terminé dans lequel la couche 306 est déposée suivant un angle oblique relativement important (c'est-à-dire d'environ 45 ) par rapport à la surface en relief de la structure 304 On peut effectuer un semblable dépôt oblique par évaporation ou pulvérisation par faisceau ionique à partir d'une source écartée angulairement La figure 5 a montre, sous forme idéale, un exemple particulier de la structure de la figure 5 Sur la figure Sa, l'indice de réfraction n 1 relativement élevé du matériau déposé 306 vaut 3, et les indices

de réfraction respectifs N 2 et N 3 de la structure 304 et du revt-

tement 308 valent 1,5 * Sur la figure Sa, le dépôt en forme de L du

matériau 306 apparaît périodiquement, avec une période d, l'écarte-

ment qui les sépare étant de 0,5 d La largeur et la hauteur de la

branche horizontale de chaque dépôt en forme de L valent respective-

ment 0,5 d et 0,25 d La largeur et la hauteur de la branche vertical

de chaque dépôt en forme de L valent respectivement 0,18 d et 0,2 d.

Les dimensions présentées sur la figure 5 a constituent des approxi-

mations de celles qui seraient obtenues au moyen du procédé de la figure 3, pour un angle d'évaporation du matériau déposé 306 d'enviroi Un des avantages de la configuration présentée sur les

* figures 5 et 5 a, en cas d'utilisation dans un dispositif d'authen-

tification, est qu'elle appartient à une catégorie, tout comme la configuration de la figure 3, de structures particulièrement sûres o chaque trait particulier du réseau est complètement enfermé par le matériau hôte Cet encastrement supprime toute possibilité

d'arracher la couche déposée pour prendre connaissance de la struc-

ture réelle du réseau.

Les figures 5 b et Sc montrent respectivement les spectre: de réflexion d'ordre zéro pour O' et 200 dans le cas d'un filtre ayant les paramètres matériels de la configuration présentée sur la figure Sa, à partir de solutions des équations de Maxwell obtenues à l'aide d'un calculateur Ainsi que cela apparaît sur la figurée 5 b, le spectre de polarisation du vecteur E correspondant à O' a une caractéristique de bande passante à bord très escarpé, qui convient pour la production de bonnes couleurs Le spectre de polarisation du vecteur H se distingue par deux crêtes pointues Comme cela apparaît sur la figure 5 c, à 20 , les deux crêtes séparées, pour des valeurs relatives de x d'environ 1,6 d et environ 2,3 d, ont une intensité très fortement réduite et ne produisent pas un effet coloré intense Alors que cette intensité réduite s'oppose aux exemples précédents, on peut en trouver une application utile sous forme d'information imprimée au dos d'une structure qui ne sera pas visible sous de petits angles de visée, au voisinage de O , mais qui doit tre vue-et lue à des angles plus importants, au voisinage de 200,

De nombreuses structures ont été fabriquées Principa-

lement, ces structures ont les configurations présentées sur les figures 3, 3 a et 4 On a fait l'une de ces structures, qui possède une configuration présentée sur la figure 4 (ou approximativement sur la figure 4 a),en commençant par former une structure en relief

de surface à onde carrée ( d = O 38/um et = 12 /um) en résine photo-

résistante, à l'aide de techniques lithographiques; puis en déposant

-20 du sulfure de zinc (t = 0,12/um) par dépôt sous forme de vapeur.

Enfin, on a recouvert le dispositif d'une résine époxyde durcissable aux ultraviolets Aucune technique de pressage à chaud ou de moulage n'a été utilisée, puisque la fabrication était expérimentale et que, à ce stade, aucune fabrication en série n'était visée Les paramètres matériels utilisés correspondent étroitement à ceux choisis pour le

calcul numérique par calculateur de la figure 4 a, discuté ci-dessus.

Les figures 6 a et 6 b montrent respectivement les spectres de réflexion d'ordre zéro vers O' et 30 obtenus expérimentalement de la structure ainsi fabriquée On observe un bon accord qualitatif entre les spectres calculés des figures 4 b et 4 c et les spectres expérimentaux correspondants présentés sur les figures 6 a et 6 b Toutes les crêtes principales indiquées ci-dessus en relation avec les figures 4 a et 4 b peuvent tre retrouvées et soumises à comparaison, même si les intensités et les positions exactes sont légèrement différentes sur

les figures 6 a et 6 b.

Dans la discussion menée jusqu'ici, le relief de surface de la structure 304 a toujours présenté un profil à forme

d'onde rectangulaire Ceci ne doit pas nécessairement être le cas.

La figure 7 montre une forme de réalisation de l'invention dans laquelle le relief de surface de la structure 304 présente une forme d'onde triangulaire De plus, comme le montre la figure 7, la couche déposée 306 a été déposée suivant un angle oblique, d'une manière analogue à celle présentée en relation avec la figure 5, de façon à ne couvrir qu'un seul des deux côtés exposés de la forme d'onde

triangulaire.

Toutes les configurations présentées sur les figures 2 à 7 sont des formes de réalisation du filtre de la figure 1 Il faut considérer ces formes de réalisation simplement comme des exemples de l'invention D'autres configurations, non représentées, qui satisfont les contraintes indiquées ci-dessus en relation avec la figure 1, appartiennent à- l'invention En réalité, il est possible de fabriquer un nombre infini de structures de réseau différentes, selon le choix particulier de la structure de relief, des matériaux, de l'épaisseur de dépôt, etc.

Toutes les structures présentement décrites sont extrt-

mement difficiles à contrefaire, même si l'on suppose que le contre-

facteur possède des ressources importantes en capital et en technique.

Ceci est dû à au moins deux faits D'abord, il est virtuellement impossible d'étudier la géométrie d'une structure donnée par un moyen optique (non destructif) Bien qu'il soit possible de calculer les propriétés optiques d'une structure donnée, le problème inverse dépasse les capacités de calcul connues à ce jour En deuxième lieu,

une analyse mécanique ou chimique d'une structure donnée est extre-

mement difficile, sinon impossible, en raison de sa finesse, les

dimensions typiques étant dans la gamme sous-micrométrique En parti-

culier, les structures telles que celles présentées sur les figures 3, et 7 sont extrêmement difficiles à démonter en vue de leur analyse du fait que le matériau de dépôt est divisé en traits distincts complètement entourés par le matériau environnant De plus, la première opération du procédé présenté en relation avec la figure 3 utilise la configuration de relief de surface d'une matrice mère pour reproduire la configuration de relief de surface en de nombreuses répliques de la matrice mère Puisque la même matrice est utilisée de nombreuses fois pour produire des répliques, le procédé possède par nature un haut degré de reproductibilité et ne peut facilement être copié, à moins que quelqu'un n'ait eu accès à

cette matrice mère d'origine.

Puisque des structures filtrantes selon l'invention satisfont toutes les exigences d'un dispositif d'authentification du type décrit dans le brevet français mentionné ci-dessus et que, en outre, elles sont extrêmement difficiles à contrefaire, elles sont donc particulièrement adaptées à être utilisées comme dispositifs d'authentification. Les figures 8 et 9 sont analogues à des figures de la demande de brevet français citée Comme on peut le voir sur la figure 8, un ou plusieurs dispositifs d'authentification, comme le dispositif d'authentification 800, peuvent être liés à un élément d'authentification 802 se présentant sous forme de feuille, ainsi que cela est discuté plus complètement dans la demande citée ci-dessus Le dispositif d'authentification 800 peut Etre constitué d'une structure filtrante incorporant l'un quelconque des modes de réalisation de l'invention (par exemple le mode de réalisation de la figure 3) Un exemple de ce dispositif d'authentification 800 est

présenté sur la figure 9 Sur cette figure, le dispositif d'authen-

tification 800 est constitué d'une première aire 900 de dimension W entourée par une deuxième aire 902 L'aire 900 peut être faite d'une première structure de diffraction incorporant les principes de l'invention qui produit un faisceau lumineux réfléchi au premier ordre ayant une première teinte (par exemple rouge) lorsqu'on l'observe en lumière polychromatique diffuse sous un angle de O

par rapport à la perpendiculaire à la surface du dispositif d'au-

thentification 800 L'aire 902 peut être constituée d'une deuxième structure de diffraction incorporant les principes de l'invention qui produit une lumière réfléchie au deuxième ordre d'une deuxième teinte (par exemple vert) en contraste avec la première lorsqu'on l'observe en lumière polychromatique diffuse sous O O par rappo rt à

la perpendiculaire à la surface du dispositif d'authentification 800. Lorsque l'on incline le dispositif d'authentification 800 (ordi-

nairement en même temps que l'élément d'authentification 802) de façon à l'observer sous un angle d'incidence oblique, la première teinte, par exemple le rouge, de l'aire 900 peut se changer en vert, tandis que, dans le meme temps, la deuxième teinte, par exemple le vert, de l'aire 902 peut se changer en magenta La dimension W de l'aire 900 est au moins assez grande pour que l'on puisse voir facilement l'aire 902 à des distances de visée normales, par exemple

à 30 cm.

Dans un dispositif d'authentification, ainsi que dans d'autres articles, diverses particularités de l'invention peuvent être avantageusement combinées Par exemple, les traits du réseau d'une première aire, comme l'aire 900, peuvent Etre orientées sous un angle différent de celui des traits de réseau d'une aire différente comme l'aire 902 De plus, certaines aires peuvent faire appel à des traits de réseau se chevauchant et présentant différentes périodicités d et, ou bien, différentes orientations angulaires Le fait qu'il existe une discrimination angulaire marquée des spectres lorsqu'on incline le dispositif suivant un axe parallèle aux traits du réseau et suivant un axe perpendiculaire aux traits du réseau peut être avantageusement utilisé dans un dispositif d'authentification, ainsi que dans d'autres articles à fabriquer A l'aide des principes de l'invention, il est possible de produire un texte de caractère de telle manière qu'il soit discernable depuis l'envers dans certaines conditions de visée seulement et non dans d'autres A cet égard, on peut utiliser un faisceau laser focalisé pour écrire les caractère du texte en détruisant sélectivement des parties d'une surface d'une structure de diffraction qui a été fabriquée selon les

principes de l'invention.

Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer

à partir des dispositifs et des procédés dont la description vient

d'&tre donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.

Claims (27)

R E V E N D I C A T I O N S

1 Filtre chromatique soustractif par diffraction répondant à une lumière polychromatique incidente ( 118) qui possède un spectre de longueur d'onde donné (a) en produisant des spectres de réflexion (i) qui varient en fonction de l'angle d'incidence a de ce faisceau lumineux et (ii) dans lesquels, pour chaque angle d'incidence, le

spectre de réflexion comprend des parties distinctes qui sont respec-

tivement polarisées parallèlement et perpendiculairement à une direction donnée, et-(b) en produisant également des spectres de transmission qui sont sensiblement complémentaires desdits spectres de réflexion, caractérisé par: un premier milieu optique ( 100) possédant une épaisseur t entre ses deux faces opposées ( 102, 104), le premier milieu optique ayant un indice de réfraction variable qui le divise en éléments de diffraction périodiques juxtaposés ( 106) d'une structure diffractive de période d qui s'étend suivant une direction sensiblement parallèle auxdites faces et perpendiculaire à ladite direction donnée, si bien que chacun desdits éléments de diffraction s'étend suivant une direction sensiblement parallèle aux faces et parallèle à l'axe de direction, la répartition spatiale de l'indice de réfraction variable à l'intérieur du volume de chaque élément de diffraction

divisant cet élément de diffraction en plusieurs régions tridimension-

nelles distinctes ( 108, 110 > 112) qui ônt certaines valeurs d'indi-

ces de réfraction relativement plus grande et relativement plus petites, chacune des régions ayant une taille et une forme spécifiées, si bien que le volume entier de chaque élément de diffraction a un indice de réfraction moyen n, ledit indice de réfraction moyen N étant plus grand que l'indice de réfraction N 2 d'un deuxième milieu optique ( 114) en contact avec une des faces opposées et étant également plus grand que l'indice de réfraction N 3 d'un troisième milieu optique ( 116) en contact avec l'autre desdites surfaces opposées, et en ce que, pour toutes les longueurs d'onde-x en milieu libre appartenant à un sous- intervalle dudit spectre de longueur d'onde de la lumière incidente qui va d'une longueur d'onde minimale k 1 à une longueur d'onde maximale À 2 les relations suivantes s'appliquent: N > max (n 2, N 3) ( 1) d max (n 2, N 3) *< ( 2) d (n+ l) > 1 ( 3) 4 N t > ( 4) o max (n 2, N 3) est généralement la plus grande des valeurs N 2 et N 3 mais, dans le cas particulier o N 2 = N 3, vaut N 2 ou N 3, de sorte que la caractéristique de chacun des spectres dépend ( 1) de l'angle d'incidence du faisceau lumineux, ( 2) de la taille et de la forme spécifiées de chacune desdites régions présentant certaines valeurs d'indices de réfraction relativement plus grandes et plus

petites, ceci déterminant la valeur de n, et ( 3) des valeurs maté-

rielles respectives de d et t.

2 Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins les longueurs d'onde en milieu libre dudit sous-intervalle du spectre de longueur d'onde de la lumière polychromatique comportent des longueurs d'onde en milieu libre situées à l'intérieur de

l'étendue de 0,4 à 0,7/um dela lumière visible.

3 Filtre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'angle a est un angle quelconque compris entre O et 90 dans un plan perpendiculaire aux faces et parallèle à ladite direction

donnée.

4 Filtre selon la revendication 1, comportant en outre ledit deuxième milieu optique ( 114) et ledit troisième milieu optique ( 116), caractérisé en ce que ledit deuxième milieu optique est constitué d'un matériau solide appliqué sous forme de stratification à la première desdites faces opposées ( 102) du premier milieu, le troisième milieu optique est constitué d'un matériau solide appliqué en stratification à l'autre desdites faces opposées ( 104) du premier milieu, et l'indice de réfraction N 2 ( 1,5) du matériau solide dont est fait le deuxième milieu optique et l'indice de réfraction N 3 ( 1,5) du matériau solide dont est fait le troisième milieu optique

sont tous deux plus grands que l'unité.

5 Filtre selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque élément de diffraction du premier milieu optique comporte au moins une première région ( 306) constituée d'un matériau solide possédant un indice de réfraction N 1 plus grand que N 2 ou N 3, au moins une deuxième région en contact avec le deuxième milieu optique ( 308) qui est constituée du m me matériau solide que ledit deuxième milieu optique, et au moins une troisième région en contact avec le troisième milieu optique ( 304) qui est constituée du même matériau

solide que le troisième milieu optique.

6 Filtre selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deuxième et troisième milieux optiques sont constitués du m Ame

matériau solide, c'est-à-dire que N 2 est égal à N 3.

7 Filtre selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première région ( 306) est en contact avec ladite deuxième région

et ladite troisième région.

8 Filtre selon la revendication 7, caractérisé en ce que

la deuxième région est en contact avec la troisième région.

9 Filtre selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deuxième et troisième milieux optiques sont constitués du même

matériau solide, c'est-à-dire que N 2 est égal à N 3.

10 Filtre selon la revendication 7, caractérisé en ce que la première région est située entre les deuxième et troisième régions et sépare complètement la deuxième région de la troisième région si bien qu'il n'y a aucun contact entre la deuxième région et la

troisième région.

11 Filtre selon la revendication 5, caractérisé en ce le troisième milieu optique ( 304) et toutes les troisièmes régions du premier milieu optique ( 306) sont constitués d'un réseau de diffraction formé par une forme d'onde périodique donnée ayant ladite période d et une amplitude donnée a gravée sous forme d'une configuration en relief de surface dans un matériau solide ayant ledit indice de réfraction N 3, toutes lesdites premières régions dudit premier milieu optique sont constituées de matériau solide ayant ledit indice de réfraction N 1 déposé sur au moins une partie de ladite configuration

en relief de surface, ledit matériau déposé présentant des caracté-

ristiques prédéterminées d'épaisseur et de forme, et ledit deuxième milieu optique et toutes lesdites deuxièmes régions du premier milieu optique sont constitués d'un revêtement de matériau solide présentant ledit indice de réfraction N 2 qui couvre ladite configuration en relief de surface et ledit matériau déposé, le revêtement remplissant toutes les parties du premier milieu optique

qui ne sont pas occupées par la première et la troisième région.

12 Filtre selon la revendication 11, caractérisé en ce que le rapport de l'indice de réfraction N 1 au plus grand des indices

de réfraction N 2 et N 3 est d'au moins 1,5.

13 Filtre selon la revendication 11, caractérisé en ce que les indices de réfraction N 2 et N 3 ont une valeur sensiblement égale à 1,5, l'indice de réfraction N a une valeur comprise entre 1,7 et 5, la période d de la forme d'onde périodique a une valeur comprise entre 0,1 et 0,45/umi l'amplitude a de la forme d'onde périodique a une valeur comprise entre 0, 1 et 0,2/um, et le spectre de longueur d'onde de la lumière polychromatiqi incidente comporte des longueurs d'onde en milieu libre situées dans

l'étendue de 0,4 à 0,7 /um de la lumière visible.

14 Filtre selon la revendication 11, caractérisé en ce que la forme d'onde périodique du réseau de diffraction est une

forme d'onde rectangulaire.

15 Filtre selon la revendication 14, caractérisé en ce que lesdites premières régions sont constituées de couches respectives dudit matériau déposé couvrant respectivement les crêtes et les creux

de ladite forme d'onde rectangulaire.

16 Filtre selon la revendication 15, caractérisé en ce que lesdites couches déposées couvrant les crêtes et les creux: de la forme d'onde rectangulaire ont toutes deux sensiblement la même

épaisseur c.

17 Filtre selon la revendication 16, caractérisé en ce

que la valeur de c est inférieure à la valeur de a.

18 Filtre selon la revendication 16, caractérisé en ce

que la valeur de c est supérieure à la valeur de a.

19 Filtre selon la revendication 15, caractérisé en ce que la couche déposée couvrant les creux de la forme d'onde rectangulaire a une épaisseur qui est plus grande que l'épaisseur de la couche déposée couvrant les crêtes, mais est plus petite que la somme de l'amplitude a de la forme d'onde rectangulaire et de l'épaisseur de

la couche déposée couvrant les crêtes de la forme d'onde rectangulaire.

Filtre selon la revendication 14, caractérisé en ce que les premières régions sont constituées de couches en forme de L dudit matériau déposé qui couvrent les crêtes et un premier des deux côtés de la forme d'onde rectangulaire, les couches déposées qui couvrent les crêtes et qui couvrent ledit premier des deux côtés

de la forme d'onde rectangulaire possédant des épaisseurs respectives.

21 Filtre selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite forme d'onde prédéterminée dudit réseau de diffraction

est une forme d'onde triangulaire.

22 Filtre selon la revendication 21, caractérisé en ce que les premières régions sont constituées de couches de matériau

déposé couvrant un certain côté de ladite forme d'onde triangulaire.

23 Procédé d'utilisation d'un filtre soustractif par diffraction, le procédé étant caractérisé en ce que le filtre comprend un premier milieu optique possédant une épaisseur t entre ses deux faces opposées, le premier milieu optique présentant un indice de réfraction variable qui divise le premier milieu optique en éléments de diffraction périodiques juxtaposés d'une structure de diffraction ayant une période d qui s'étend suivant une direction sensiblement parallèle aux faces et perpendiculaire à une direction donnée, de sorte que chacun des éléments de diffraction s'étend suivant une

direction sensiblement parallèle aux faces et parallèle à la direc-

tion donnée, la répartition spatiale de l'indice de réfraction variable à l'intérieur du volume de chaque élément de diffraction

divisant cet élément de diffraction en plusieurs régions tridimen-

sionnelles distinctes ayant certaines valeurs d'indices de réfraction relativement supérieures et relativement inférieures, chacune des régions présentant une taille et une forme spécifiées, si bien que le volume entier de chaque élément de diffraction a un indice de réfraction moyen n l'indice de réfraction moyen N étant plus grand que l'indice de réfraction N 2 d'un deuxième milieu optique en contact avec l'une des faces opposées Etétant également plus grand que l'indice de réfraction N 3 d'un troisième milieu optique en contact avec l'autre des faces opposées, et en ce que, pour toutes les longueurs

d'onde À en milieu libre situées à l'intérieur d'au moins un inter-

valle qui s'étend d'une longueur d'onde minimale À 1 à une longueur d'onde maximale À 23 les relations suivantes sont vraies pour tous les angles d'incidence de la lumière compris entre zéro et a par rapport à un plan perpendiculaire aux faces et parallèle à la direction donnée N max (n 23 N 3)1 d max (n 2, N 3) < À 2 ( 2) d (n + 1) > 1 ( 3) 4 N t > 1 ( 4) o max (n 2, N 3) est généralement le plus grand des indices N 2 et N 3, mais, dans le cas particulier o N 2 = N 3, vaut N 2 ou N 3; et en ce que ledit procédé comporte les opérations suivantes: (a) éclairer le filtre à l'aide d'une lumière visible polychromatique diffuse qui comporte lesdites longueurs d'onde s'étendant de À 1 < À <À X dudit sous- intervalle; (b) observer une première teinte de la lumière réfléchie par le filtre pour une première valeur donnée d'angle a 1 appartenant à un intervalle compris entre zéro et a, et (c) observer une deuxième teinte différente de la première teinte de la lumière réfléchie par le filtre pour une deuxième valeur donnée d'angle a 2 appartenant audit intervalle

compris entre zéro et a, ladite deuxième valeur donnée étant diffé-

rente de la première.

24 Procédé selon la revendication 23, caractérisé-en ce que a a une valeur de 90 ', et l'opération (b) comprend l'opération consistant à- observer

la première teinte pour une première valeur donnée d'angle a 1 appar-

tenant à l'intervalle compris entre zéro et 90 , et l'opération (c) comprend l'opération consistant à observer ladite deuxième teinte

pour une deuxième valeur donnée d'angle a 2 appartenant à l'inter-

valle compris entre O' et 90 .

Procédé selon la revendication 23 ou 24 caractérisé en ce que l'opération (a) consiste à éclairer le filtre à l'aide d'une lumière blanche diffuse ayant un spectre de longueur d'onde s'étendant

entre 0,4 et O,7 um.

26 Article comprenant un élément authentifié en forme de feuille qui peut faire l'objet de contrefaçons et un dispositif d'authentification ( 800) lié audit élément, caractérisé en ce que le dispositif comporte: un substrat ( 304) lié audit matériau en feuille, ledit

substrat étant constitué d'un matériau possédant un indice de réfrac-

tion N 3, ledit substrat possédant une structure de diffraction com-

portant au moins un réseau de diffraction gravé sous forme d'une configuration en relief de surface sur une aire de la surface visible dudit substrat, chaque réseau de diffraction possédant une direction de traits formée par une forme d'onde périodique donnée qui possède une période d perpendiculaire à ladite direction de traits et une amplitude donnée a gravée dans ladite surface visible,

un matériau solide ( 306) possédant un indice de réfrac-

tion N 1 supérieur à N 3 déposé sur au moins une partie donnée de chaque période de chaque réseau de diffraction gravé, ledit matériau déposé

sur la partie donnée de chaque période possédant la même caracté-

ristique prédéterminée d'épaisseur et de forme de façon qu'une épaisseur globale maximale de dimension t de ce réseau de diffraction suivant une direction perpendiculaire à ladite surface visible soit formée par la somme de l'amplitude a de ce réseau de diffraction gravé et de l'épaisseur dudit matériau déposé de ce réseau de diffraction, et un revêtement ( 308) constitué d'un matériau solide présentant un indice de réfraction N 2 inférieur à n, qui couvre ladite configuration en relief et ledit matériau déposé, le revêtement remplissant tout l'espace compris à l'intérieur de ladite épaisseur globale t de chaque réseau de diffraction qui n'est pas déjà occupé par le matériau du substrat ou le matériau déposé, et en ce que, pour toutes les longueurs d'onde x en milieu libre situées à l'intérieur d'un intervalle s'étendant d'une longueur d'onde minimale X 1 à une longueur d'onde maximale X 2 de la lumière incidente, les relations suivantes sont valables pour tous les angles d'incidence de la lumière compris dans un intervalle s'étendant entre zéro et a par rapport à un plan perpendiculaire à ladite surface visible et parallèle à ladite direction des traits n > max (n 23 N 3) ( 1) d max (n 2, N 3) < X 2 ( 2) d (n + 1) > X 1 ( 3) 4 N t > 1 ( 4) o N est l'indice de réfraction moyen du matériau de substrat, du matériau déposé et du matériau de revêtement compris à l'intérieur du volume de l'espace occupé par l'épaisseur globale t de chaque réseau de diffraction, et o max (n 2, N 3) est généralement la plus grande des valeurs de N 2 et N 3, mais, dans le cas particulier o n 2 = N 3, vaut N 2 ou N 3, si bien que la caractéristique de polarisation et de couleur des spectres de la lumière réfléchie par chaque réseau de diffraction du dispositif d'authentification observé suivant un angle de visée compris entre zéro et a est déterminée par la valeur de l'angle de visée et par l'ensemble de paramètres comprenant ( 1) les valeurs des indices de réfraction nl, N 2 et n, ( 2) la forme d'onde donnée de ce réseau de diffraction, ( 3) la caractéristique pré déterminée d'épaisseur et de forme du matériau déposé de ce réseau de diffraction, et ( 4) les valeurs matérielles respectives de la période d, de l'amplitude a et de l'épaisseur globale t de ce réseau

de diffraction.

27 Article selon la revendication 26, caractérisé en ce que la valeur de a est 90 , 28 Article selon la revendication 26, caractérisé en ce que ladite structure de diffraction comporte un premier desdits réseaux de diffraction ( 900) qui occupe une première partie de l'aire de la structure de diffraction et un deuxième desdits réseaux de diffraction ( 902) qui occupe une deuxième partie de l'aire de la structure de diffraction, et au moins un desdits paramètres dudit premier desdits réseaux de diffraction est sensiblement différent de celui dudit deuxième desdits réseaux de diffraction de façon à produire des caractéristiques de polarisation et de couleur sensiblement différentes des spectres de lumière réfléchie par le premier et le deuxième réseau de diffraction pour tous les angles de visée compris entre

zéro et a.

29 Article selon la revendication 28, caractérisé en ce que la première et la deuxième partie de l'aire de la structure de

diffraction sont contiguës l'une à l'autre.

Article selon la revendication 29, caractérisé en ce que la deuxième partie de l'aire entoure la première partie de l'aire

de la structure de diffraction.

31 Article selon la revendication 28, 29 ou 30, caractérisé

en ce que ledit paramètre est la valeur de d.