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Die Erfindung betrifft ein Prüfverfahren zur unauffälligen Echtheitsprüfung von mit lumineszierenden Substanzen abgesicherten Wertpapieren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung.
Unter der Bezeichnung "Wertpapier" werden hier Banknoten, Scheckformulare, Aktien und Briefmarken sowie Ausweise, Kreditkarten, Scheckkarte, Pässe, Flugscheine und andere Urkunden und Dokumente verstanden.
Um Fälschungen und Verfälschungen zu verhindern, wird seit langem versucht, schutzbedürftiges Wertpapier so auszubilden, dass Unbefugte dieses nicht unerkennbar abändern oder nachbilden können.
Dabei haben sich in der Vergangenheit besonders die Sicherungsmethoden bewährt, deren Merkmale einerseits von jedermann ohne technische Hilfsmittel und ohne besonderes Sachwissen eindeutig auf Echtheit geprüft werden können, die aber bei der Herstellung der Merkmale eine derart hohe handwerkliche Kunstfertigkeit erforderlich machen, dass der Fälscher nicht in der Lage ist, den Herstellungsprozess fachmännisch nachzuvollziehen.
Besonders bei Banknoten hat sich die Ausstattung mit echten Wasserzeichen und mit Sicherheitsfäden bewährt, weil diese nur während der Papierherstellung mittels aufwendiger Vorrichtungen vorgenommen werden kann. Echtheitsmerkmale von vergleichbarem Wert sind extrem feine und deshalb handwerklich sehr anspruchsvolle Stahltiefdruckmuster.
Seit einiger Zeit ist im internationalen Zahlungsverkehr ein starker Trend zur Automation erkennbar.
Dabei hat sich gezeigt, dass die bislang verwendeten Echtheitsmerkmale nicht im gleichen Masse für eine automatische Prüfung geeignet sind. Weil der Nachweisautomat das zur Prüfung vorgelegte Wertpapier nicht ganzheitlich erfasst, ist er leichter durch Nachahmung zu täuschen als die menschlichen Sinne, für weiche diese Merkmale konzipiert sind. Dadurch wurde es erforderlich, zusätzlich zu den genannten visuell prüfbaren Echtheitsmerkmalen weitere zu schaffen, die vom Prüfautomaten mit vergleichbarer Sicherheit erkannt werden können.
Eindrucksfälschungen werden daher weiter erschwert, wenn die für eine automatische Prüfung vorgesehenen Merkmale durch die menschlichen Sinne nicht erfasst werden können.
In der Patentliteratur sind inzwischen zur automatengerechten Absicherung von Wertpapieren eine Reihe von optischen, elektrischen und magnetischen Merkmalen vorgeschlagen worden. Diese Echtheitskennzeichen eignen sich für die Prüfung in Vorrichtungen wie z. B. Geldausgabeautomaten ; man kann diese Merkmale aber nicht vom Kunden unbemerkt und unauffällig am Bankschalter und bei vergleichbaren Gelegenheiten überprüfen.
Es wurden bereits Wertpapiere mit optischen Echtheitsmerkmalen bekannt, bei deren automatischer Prüfung weder eine genaue Positionierung noch ein enger Kontakt mit der Prüfappapratur notwendig ist.
Bei einer ersten Gruppe derartiger Merkmale wird die lokale Absorption bei Wellenlängen des infraroten bzw. des ultravioletten Spektral bereiches geprüft ; die Papiere werden deshalb durch geeignete Massnahmen schon bei der Herstellung mit Durchlässigkeitsmustern ausgestattet. Wenn man nicht die Nachteile eines grossflächigen Aufdrucks in Kauf nehmen möchte, dann muss man bei der Prüfung derartiger Wertpapiere eine aufwendige Mustererkennung vornehmen. Dadurch ist der Anwendungsbereich bereits stark eingeschränkt.
Eine erkannte derartige Markierung lässt sich mit Substanzen nachahmen, die ebenfalls im Handel erhältlich sind.
Bei einer zweiten Gruppe optischer Merkmale verwendet man die Fluoreszenzemission von Merkmalstoffen zum Echtheitsnachweis.
Die US-PS 1, 326, 665 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur Echtheitsüberprüfung von Wertpapieren, in welche im sichtbaren Spektralbereich fluoreszierende Fasern eingebettet sind. Hierbei wird das Wertpapier zwischen einer Lichtquelle, deren Strahlung die fluoreszierenden Partikel anregt, und einem die Fluoreszenzstrahlung detektierenden Fotoelement vorbeibewegt.
Ein ähnliches Verfahren wird in der US-PS 2, 951, 164 beschrieben. Auch in diesem Fall wird die Fluoreszenz einer Banknote nachgewiesen, die durch das Transportsystem eines Banknotensortierers bewegt wird. Der wesentliche Unterschied zur o. g. US-PS 1, 326, 665 besteht darin, dass die Fluoreszenz, die ebenfalls im visuell nachweisbaren Spektrum erfolgt, in Reflexion gemessen wird.
Ganz allgemein lässt sich der Stand der Technik bezüglich der Absicherung von Wertpapieren mit lumineszierenden Substanzen dahingehend zusammenfassen, dass die Anregung der Luminophore vorzugsweise im UV- oder im IR-Bereich erfolgt, während die Emission im sichtbaren Spektrum (VIS) entweder erwünscht ist oder als nicht störend angesehen wird.
Alle in der Literatur im Zusammenhang mit Wertpapier-Absicherung genannten Lumineszenz-Stoffe weisen auch zumindest zusätzlich Emission im VIS auf. Dadurch wird die Merkierung bei entsprechender Anregung erkennbar.
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Bei der Absicherung von Wertpapieren wurde bisher sogar Wert darauf gelegt, daS bei Anregung im UV-Bereich oder IR-Bereich Lumineszenz im sichtbaren Bereich auftritt oder in dem mit handelsüblichen Bildwandlern leicht zugänglichen nahen IR-Bereich. Bei der automatischen Echtheitserkennung von Wertpapieren stellt es jedoch einen zusätzlichen Sicherheitsfaktor dar, wenn die Absicherung nicht sichtbar ist oder es nicht möglich ist, diese mit üblichen Hilfsmitteln sichtbar zu machen.
In der DE-OS 15 99 011 wurde zur Tarnung von Beschriftungen bereits das Abdecken mit einer Folie vorgeschlagen. Abgesehen davon, daS die Folie selbst sichtbar ist und damit auf den Ort der Beschriftung besonders hinweist, ist die Anwendung von Folien bei Banknoten und ähnlichen Wertpapieren nicht praktikabel
Aufgabe der Erfindung ist es, mit lumineszierenden Substanzen versehene Wertpapiere unauffällig, schnell und automatisch auf ihre Echtheit zu überprüfen.
Dies kann erfindungsgemäss dadurch geschehen, dass das Wertpapier durch eine Beleuchtungseinheit mit Licht aus dem unsichtbaren Bereich des optischen Spektrums angeregt wird und dass das emittierte Lumineszenzlicht aus dem unsichtbaren Bereich des optischen Spektrums in einer Detektoreinheit nach Wellenlängen undloder Relaxationszeit ausgewertet wird, wobei zwischen Beleuchtungseinheit und Detektoreinheit einerseits und Wertpapier andererseits eine undurchsichtig erscheinende Platte gebracht ist, welche sowohl Anregungslicht als auch Lumineszenzlicht hindurchtreten lässt.
Die für das erfindungsgemässe Verfahren notwendigen Platten können auf zweierlei Weise realisiert werden, durch absorbierende und auch durch reflektierende, insbesondere spiegelnde Materialien.
Beispiele für geeignet absorbierendes Material sind Woodsche Gläser, Anlaufgläser, dichroitisches Material, Germaniumscheiben, Siliziumscheiben und Kunststoffolien bzw. Kunststoffplatten, die geeignet absorbierendes Material als Füllstoff enthalten. Beispiele für geeignet reflektierende bzw. spiegelnde undurchsichtige Platten sind Interferenzfilter, Kaltlichtspiegel und polierte Germanium- bzw. Siliziumscheiben.
Die Positionierung des Wertpapiers im Prüfgerät ist unkritisch, da im allgemeinen keine Mustererkennung vorgenommen werden muss. Damit sind die Voraussetzungen für eine unauffällige automatische Prüfung gegeben.
Unter dem "unsichtbaren Bereich des optischen Spektrums" verstehen wir in Übereinstimmung mit der Fachliteratur den Wellenlängenbereich kleiner 400 nm und grösser 750 nm.
Hervorstechende Vorteile dieser Erfindung sind : - Prüfsignal und Echtheitssignal haben keine Komponenten, die von den menschlichen Sinnen direkt erkannt werden können und die Prüfapparatur ist so ausgeführt, dass sie dem Betrachter auch während des Prüfvorgangs verborgen bleibt ; die Prüfung des Wertpapiers kann deshalb in Gegenwart von Personen und trotzdem von diesen unbemerkt bei Raumlicht erfolgen.
- Die Nachahmung des Echtheitsmerkmals ist bei vielen dieser Stoffe sehr schwierig, bei einigen nahezu unmöglich.
Die Ausführungsmöglichkeiten des Merkmals können nach Anregung und Emission in vier Gruppen eingeteilt werden.
1. Anregung UV- Emission UV
Eine Markierung von Wertpapieren mit Lumineszenstoffen, die im UV angeregt werden und im UV emittieren, kann mit den an sich bekannten Schwarzlichtphosphoren - dotierten Erdalkaliphosphoren oder - silikaten oder -sulfaten- vorgenommen werden.
Geeignete Stoffe sind im einzelnen aufgeführt bei P. Pringsheim, M. Vogel : Lumineszenz von Flüssigkeiten und festen Körpern, Verlag Chemie, Weinheim 1951, Seite 209, Tab. XXIII b und Seite 202, Tab XXI, Pos. 5.
Als Beispiele nenner wir ferner :
Cer-aktiviertes Calziumphosphat Ca3 (PO4)2: Ce oder
Blei-aktiviertes Barium-fluorsilikat BaFSi03 : Pb Darüberhinaus gibt es noch eine Vielzahl organischer Lumineszenzstoffe, mit denen Wertpapiere zu diesem Zweck ausgestattet werden kann.
Wir nennen hier Pyren und Naphtalin und verweisen im übrigen auf die Zusammenstellung weiterer geeigneter Stoffe bei : Landolt-Börnstein : Neue Serie 11/3 (1967).
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2. Anregung UV - Emission IR
Zur Kennzeichnung von Wertpapieren mit Lumineszenzstoffen, die nach Anregung mit UV im IR emittieren, verwendet man Ionen von Seltenerdmetallen, die in geeignete Wirtsgitter eingebaut sind. Derartige Wirtsgitter, wie z. B. Lanthanfiuorid LaFs, Lanthanchiorid LaCts werden bis zu Konzentrationen von 5% und mehr mit Ionen von Seltenerdmetallen wie Praseodym, Neodym, Cer, Samarium, Europium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium oder Ytterbium dotiert ;
Wir verweisen im übrigen auf die Zusammenstellung weiterer geeigneter Stoffe bei : Dieke"Spektra & Energy Levels of Rare Earth Ions in Crystals" Interscience N. Y. 1968, Kapitel 13, Seiten 189 ff.
3. Anregung IR - Emission UV
Grundsätzlich kann man Wertpapiere auch mit Lumineszenzstoffen kennzeichnen, die bei Anregung im IR eine Lumineszenzemission im UV zeigen. Für Wertpapiere, die starken Beanspruchungen ausgesetzt sind, z. B. Banknoten, hat diese Ausführungsform der Erfindung eingeschränkte Bedeutung, weil die Intensität der Lumineszenzemission relativ gering ist. Eine Anwendung ist nur in wenig beanspruchten Wertpapieren sinnvoll und erfordert verhältnismässig aufwendige Prüfgeräte.
Für diese Ausführung der Erfindung geeignete Merkmalstoffe, die das ungewöhnliche Verhalten zeigen, energiereichere Strahlung als die eingestrahlte zu emittieren, sind die schon vorstehend angesprochenen Ionen von Seltenerdmetallen in Wirtsgittern. Das Wirtsgitter koppelt hier zwei absorbierte IR-Photonen auf das Seltenerdmetallion, welches seine Anregungsenergie dann durch Aussenden eines einzelnen UVPhotons wieder abgibt.
Geeignete Stoffe und deren Eigenschaften sind aufgeführt z. B. bei : Auzei"Proceedings of the IEEE Vol 61, e (1973) p 769.
Wir nennen als Beispiel Ytterbium-Erbium-dotiertes Yttriumoxichlorid Y20Ci7 : Yb3 : Er3+ mit UV-Emissionsli- nien bei 380, 320 und 305 nm bei Anregung im IR zwischen 950 und 1050 nm.
4. Anregung IR - Emission IR
Bei einschichtigen Dokumenten, z. B. bei Banknoten, bringt die Kennzeichnung mit Lumineszenzstoffen ; die nach Einstrahlung von IR eine Lumineszenzemission im IR zeigen, augenfällige Vorteile. Sowohl das Papier als auch die bei der Wertpapierherstellung verwendeten Druckfarben besitzen im IR eine höhere Transmission als im UV. Dieser Vorteil wird verstärkt durch die hohe Effektivität dar zur Verfügung stehenden Lichtquellen, welche zudem leichter zu handhaben sind als die entsprechenden UV-Lichtquellen.
Entsprechende Lumineszenzstoffe gibt es in grosser Anzahl.
Geeignete organische Verbindungen sind in : Applied Phys. Letters, Vol 12, p 206 aufgeführt. Wir nennen als Beispiel : Kresylviolett
Geeignete anorganische Verbindungen sind wieder einige der bereits genannten Ionen von Seltenermetallen in organischen und anorganischen Wirtsgittern.
Die weitere Beschreibung der Erfindung kann für alle vier Ausführungsformen gemeinsam erfolgen.
Das Unterdrücken von nicht erwünschten Emissionen im sichtbaren Bereich kann durch Verwendung von absorbierenden Substanzen erfolgen, die in jenen Wellenlängenbereichen absorbieren, bei denen der Luminophor eine unerwünschte Emission aufweist. Für diesen Zweck eignen sich insbesondere Farbstoffe und Farbpigmente. Vorzugsweise werden die Luminophore eingebettet in die absorbierenden Substanzen.
Luminophor und absorbierende Substanzen können aber auch als Mischung oder als übereinander liegende Schichten auf oder in das Wertpapier gebracht werden.
Alternativ kann der Luminophor in Mischung einer absorbierenden Druckfarbe zugesetzt werden oder in das Papier eingebracht oder auf eine Sicherheitsfadenfolie aufgebracht werden. Der absorbierende Stoff kann ggf. in einem Firnis gelöst vorliegen. Ferner kommt es in Betracht, das Druckbild, das mit einer den
Luminophor enthaltenden Druckfarbe hergestellt wurde, mit der absorbierenden Substanz zu überdecken, z. B. durch einen zweiten Druckvorgang.
Eine alternative Möglichkeit, nicht erwünschte Emissionen im VIS-Bereich zu unterdrücken, besteht in der Verwendung geeignet absorbierender Wirtsgitter für Seltenerdmetall-Luminophore.
Wenn das Wertpapier einschichtig ausgeführt ist, z. B. als Banknote, dann kann der Lumineszenzstoff durch Beigabe zur Pulpe einverleibt werden, wenn andererseits ein mehrschichtiges Laminat als Wertpapier vorliegt, z. B. als Kreditkarte, dann kann der Merkmalstoff durch die Verwendung eines bei der Herstellung präparierten Papiers als innere Schicht des Laminats eingebracht werden ; eine weitere Möglichkeit ist das
Einbringen des Lumineszenzstoffes zwischen zwei Laminatschichten.
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Für das Auftragen des Lumineszenzstoffes auf die Oberfläche des fertigen Dokuments eignen sich bekannte Druckverfahren, z. B. Offsetdruck, Buchdruck, Stahldruck und Siebdruck.
Die weitere Beschreibung der Erfindung wird durch Figuren veranschaulicht. Es zeigen :
Fig. 1 die schematische Zeichnung eines Prüfgeräts, Fig. 2 die schematische Zeichnung einer weiteren
Ausführung eines Prüfgeräts.
Eine geeignete Prüfvorrichtung ist in Fig. 1 schematisch dargestellt : Sie kann zur Echtheitskontrolle von erfindungsgemässen Wertpapieren in allen Ausführungsformen herangezogen werden. Das Wertpapier 1 liegt dabei auf einer undurchsichtigen schwarzen oder spiegelnden Platte 2, welche - z. B. am Bankschalter als Zählmulde oder als Träger einer Reklameaufschrift - unauffällig in die Tischplatte eingelassen ist. Die Positionierung des Wertpapiers-und sein Abstand von der Platte sind nicht kritisch, da der Toleranzbereich in der Grössenordnung von cm liegt.
Die Platte 2 absorbiert im sichtbaren Bereich vollständig, ist aber sowohl für das unsichtbare Prüflicht, als auch für das unsichtbare die Echtheit anzeigende, Lumineszenzlicht durchlässig. Unter dem in das Prüfgerät eingeführten Wertpapier 1, und von diesem durch die Platte 2 getrennt, liegt der Lampenbereich 11. Das Prüflicht wird dort von der Lichtquelle 3 erzeugt und durch das Filter 4 spektral begrenzt. Dabei tritt es durch die Beleuchtungsoptik 5, durchsetzt Strahlteiler 6 und undurchsichtige Platte 2 und fällt dann auf das Wertpapier 1. Wenn das Dokument echt ist und die charakteristischen Lumineszenzstoffe enthält, sendet es Lumineszenzlicht mit bestimmter spektraler Verteilung aus. Das ausgesandte Licht tritt wieder durch die Platte 2 und fällt auf den Strahlteiler 6.
Das vom Wertpapier 1 in den Detektorbereich 7 ausgestrahlte Lumineszenzlicht durchsetzt die Detektoroptik, welche das Lumineszenzlicht auf die aktive Fläche des Detektors 9 fokussiert. Vor Detektoroptik 8 und Detektor 9 ist ein Detektorfilter 10 in den Strahlengang gebracht ; es sorgt dafür, dass Streulicht von der Lichtquelle 3 nicht auf den Detektor 9 fallen kann. Das Filter 10 ist so ausgebildet, dass es nur die für die Lumineszenz des Merkmalstoffes charakteristischen Wellenlängen durchlässt. Der Detektor 9 erhält deshalb nur Licht, wenn das zu prüfende Wertpapier die erwartenden Echtheitsmerkmale aufweist. In diesem Fall wird über eine geeignete elektrische Schaltung ein Signalgeber aktiviert, der ein für den Kunden nicht, für den Schalterbeamten jedoch gut erkennbares vorzugsweise optisches Signal aussendet.
Je nach Anwendungszweck kann man wählen, ob das Signal bei positivem oder bei negativem Ausgang der Prüfung gesendet wird.
Fig. 2 zeigt im Schema ein Prüfgerät in einer anderen einfacheren Ausführung, bei der man ohne Strahlteiler auskommt. Dafür muss man allerdings ein Prüfsignal in Kauf nehmen, welches vom Abstand des Wertpapiers von der Schwarzglasplatte abhängt.
Die bisher beschriebenen Prüfvorrichtungen identifizieren bestimmte Lumineszenzstoffe mit hoher Sicherheit und zeichnen sich dabei durch eine einfache Konstruktion aus. Stellt man sehr hohe Ansprüche an die Identifizierung des Merkmalstoffes, so kann die Prüfvorrichtung auch diesen Bedürfnissen angepasst werden.
EMI4.1
schränkt sich auf die Ausführung der Beleuchtungskammer 11 und der Auswerteelektronik. Diese Teile werden so ausgeführt, wie es die DE-OS 26 45 959 der gleichen Anmelderin lehrt.
Die Strahlung der Lichtquelle wird durch die rotierende Scheibe geschickt, welche mit zweierlei Filtern bestückt ist. Graufilter wechseln mit Filtern ab, welche den Merkmalstoff enthalten und deshalb das Prüflicht stoffspezifisch stark dämpfen. Je nachdem ob sich das Graufilter oder das auf den echten Stoff abgestimmte Spezialfilter im Strahlengang befindet und je nachdem ob ein "echter" oder ein "falscher" Lumineszenzstoff zur Prüfung vorliegt, emittiert die Probe Lumineszenzlicht entsprechender Intensität. Daraus kann mit Hilfe der in der DE-OS 26 45 959 beschriebenen Auswerteelektronik die ausserordentliche sichere Identifizierung eines bestimmten Merkmalstoffes vorgenommen werden.
Die im Prüfgerät zu verwendeten Filter und Lichtquellen müssen natürlich auf die Merkmalstoffe abgestimmt werden. Eine Anleitung, wie dies für die verschiedenen Stoffgruppen geschehen kann, weist Tabelle 1 aus.
Sowohl das Merkmal selbst als auch die Nachweisapparatur im Sinne dieser Erfindung lassen sich, wie aufgezeigt wurde, in weiten Grenzen an spezielle Anforderungen anpassen, die von Fall zu Fall an die Echtheitssicherung von Wertpapier gestellt werden und ermöglichen so problemgemässe und ökonomische Lösungen.
Selbstverständlich können ausser den hier beschriebenen neuartigen Nachweisapparaturen auch alle bekannten Verfahren zum Nachweis sichtbarer Lumineszenz in abgewandelter Form Verwendung finden.
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Tabelle 1
EMI5.1
<tb>
<tb> Ut <SEP> ! <SEP> UV <SEP> # <SEP> IR <SEP> IR# <SEP> UV <SEP> IR <SEP> # <SEP> IR
<tb> undurchsichtige <SEP> Platte <SEP> Woodsche <SEP> Gläser, <SEP> z.B. <SEP> Glassorten <SEP> UG <SEP> Anlaulgläser <SEP> z.B.
<tb>
I <SEP> L'G <SEP> 5 <SEP> Glassorte <SEP> RG <SEP> 715
<tb> UG <SEP> 11 <SEP> RG700
<tb> -absorblerend <SEP> RG <SEP> 830
<tb> (schwarz) <SEP> RG <SEP> 850
<tb> Halbleiter <SEP> wie <SEP> Germanium, <SEP> Selen, <SEP> Silizium <SEP> etc., <SEP> dichrolitlsche <SEP> Filter,
<tb> Folien <SEP> bzw. <SEP> Kunstatoffplatten <SEP> mit <SEP> absorbierenden <SEP> Füllstoffen,
<tb> - <SEP> reflektierend <SEP> Inter <SEP> ferenzfilter, <SEP> Kaltlichtspieqel, <SEP> bolierte <SEP> si- <SEP> oder <SEP> Ge-Scheiben
<tb> (spiegeind)
<tb> Blockfilter <SEP> Glas- <SEP> oder <SEP> Interferenzfilter <SEP> je <SEP> nach <SEP> verwendetem <SEP> Merkmalstoff
<tb> --Detektor <SEP> Roto-Multiplier <SEP> 700- <SEP> 850 <SEP> mm <SEP> foltomlitpl. <SEP> roto- <SEP> 700- <SEP> 850 <SEP> nm <SEP> rotomultipl.
<tb> si-rotodiode.. <SEP> 700-1 <SEP> 100 <SEP> nm <SEP> Si-rotodiod. <SEP> Muitipl.
<SEP> 700- <SEP> 1100 <SEP> nm <SEP> Si-rotodiod.
<tb>
700-1600 <SEP> nm <SEP> Ge-rotodiod, <SEP> si-roto- <SEP> 700- <SEP> 1600 <SEP> mm <SEP> Ge-Fotodiod.
<tb>
700- <SEP> 1000 <SEP> nm <SEP> Pbs-rotowest. <SEP> dioden <SEP> 700-300 <SEP> nm <SEP> phs-rotowdst.
<tb> 700-3500 <SEP> nm <SEP> Ins-Fotowdst <SEP> 700- <SEP> 3500 <SEP> nm <SEP> InAs-rotowdst.
<tb>
2- <SEP> 3 <SEP> um <SEP> HgCdTe-" <SEP> 2- <SEP> 3 <SEP> um <SEP> HgCdTe-"
<tb> 2-6 <SEP> m <SEP> InSb <SEP> -" <SEP> 2- <SEP> 6 <SEP> m <SEP> InSb-"
<tb> Lichtquelle <SEP> Quecksilberdampflampen, <SEP> Blitzlampen <SEP> glühlampen <SEP> Leuchtdioden
<tb> Spektraliampen <SEP> Bogenlampen
<tb> Entladungslampen
<tb> Strahlteiler <SEP> Interferenz-Strahlteiler, <SEP> neutrale <SEP> Strahlteiler
<tb>