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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen eines transparenten Polymersubstrats.
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Wertdokumente, insbesondere Banknoten, verfügen vielfach über transparente Bereiche, welche in dem Wertdokument als Sicherheitsmerkmal dienen. Ein solcher transparenter Bereich kann aber auch lediglich gestalterischen Zwecken dienen. Zumeist werden solche transparenten Bereiche mittels geeigneter Polymere gebildet.
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Eine maschinelle Prüfung und Zustandssortierung von Banknoten muss daher in der Lage sein, transparente Bereiche in Banknoten als solche zu erkennen. Dabei sollte einerseits erkannt werden, ob der transparente Bereich aus dem vorgeschriebenen Material und in der vorgeschriebenen Weise gefertigt ist. Fälschungen von Banknoten, welche den transparenten Bereich mittels einer einfachen Folie oder dergleichen nachmachen, können auf diese Weise erkannt werden. Anderseits dient die Prüfung der Banknoten auch dem Erkennen von Defekten, insbesondere auch in dem transparenten Bereich, wie z. B. Löchern, Rissen und dergleichen.
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Sensoren, die auf der Basis von Ultraschallverfahren oder kapazitiven Verfahren operieren, können zwar in der Regel mechanische Defekte, wie Löcher oder Risse, relativ zuverlässig erkennen. Allerdings ist es mit solchen Sensoren nicht möglich, andere Defekte, wie z. B. Verschleiß einer Banknote durch abgeplatzte Farbe oder dergleichen, zu detektieren. Weiter sind solche Sensoren nicht in der Lage, nachgemachte transparente Bereiche, beispielsweise mittels einfacher Klebestreifen überklebte Löcher, von ordnungsgemäßen transparenten Bereichen, welche mittels vorgeschriebener Polymersubstrate gebildet sind, zu unterscheiden. Optische Sensoren, welche die zu prüfende Banknote mit einer Lichtquelle bestrahlen, scheitern in der Regel beim Erkennen von mechanischen Defekten in transparenten Bereichen. Die hinter der beleuchteten Banknote dabei feststellbaren Kontraste zwischen transparentem Polymersubstrat einerseits und einem darin beispielsweise befindlichen Loch sind zu gering, um daraus eine zuverlässige Fehlererkennung ableiten zu können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen von transparenten Polymersubstraten vorzuschlagen, insbesondere zum Erkennen von mechanischen Defekten darin.
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Die Aufgabe wird mit einem Verfahren und einer Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die vorliegende Erfindung macht sich die Tatsache zunutzte, dass Polymersubstrate, wie sie zum Bilden von transparenten Bereichen in Banknoten verwendet werden, im kurzwelligen Bereich, genauer im UV-Bereich, insbesondere im Bereich einer Wellenlänge von ca. 280 nm bis 380 nm, im Vergleich zu Licht im sichtbaren Bereich und Licht im infraroten Bereich eine deutlich verminderte Transmission aufweisen. Während im sichtbaren Bereich und darüber, abhängig von konkretem Material und verwendeter Schichtdicke, in der Regel ein Transmissionsgrad von 90% und mehr gemessen wird, liegt der Transmissionsgrad bei UV-Licht bei einer Wellenlänge von beispielsweise 300 nm bei ca. 50% und darunter. Dies gilt beispielsweise für Polycarbonate (Foliendicke ca. 100 μm), Polypropylen (Foliendicke ca. 100 μm) oder Polyethylenterephthalat (PET; Foliendicke ca. 23 μm).
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst demnach folgende Schritte: Ein zu prüfendes Polymersubstrat wird zwischen einer Lichtquelle und einer Sensoreinrichtung angeordnet. Die Lichtquelle beleuchtet das zu prüfende Substrat und die Sensoreinrichtung empfängt das durch das zu prüfende Substrat transmittierte Licht. Erfindungsgemäß sendet die Lichtquelle UV-Licht aus und die Sensoreinrichtung bestimmt den Transmissionsgrad des UV-Lichts im Bereich des zu prüfenden Polymersubstrats. Auf diese Weise erkennt die Sensoreinrichtung Teilbereiche des Polymersubstrats, welche beispielsweise Löcher oder Risse in dem Substrat bilden, als fehlerhaft, wenn die Sensoreinrichtung in den entsprechenden Bereichen einen Transmissionsgrad bestimmt, der einen vorgegebenen Wert übersteigt.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Prüfen eines transparenten Polymersubstrats umfasst demnach eine Lichtquelle zum Beleuchten des zu prüfenden Substrats und eine Sensoreinrichtung zum Empfangen von Licht, welches durch ein zwischen der Lichtquelle und der Sensoreinrichtung angeordnetes, zu prüfendes Polymersubstrat transmittiert. Die Vorrichtung ist dadurch ausgezeichnet, dass die Lichtquelle UV-Licht aussendet und die Sensoreinrichtung eingerichtet ist, den Transmissionsgrad des UV-Lichts im Bereich des zu prüfenden Polymersubstrats zu bestimmen und dadurch Teilbereiche des Polymersubstrats, in denen der Transmissionsgrad des UV-Lichts durch das Polymersubstrat einen vorgegeben Wert übersteigt, als fehlerhaft zu erkennen.
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Auf ähnlich einfache Weise ist eine Erkennung von Defekten in transparenten Polymersubstraten mittels bekannter Transmissionssensoren, welche auf der Basis von sichtbarem Licht oder im infraroten Bereich operieren, nicht durchführbar. Dazu ist, wie beschrieben, der Transmissionsgrad des Substrats für diese Art Licht zu hoch. Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Substrats, insbesondere im Bereich von mechanischen Defekten, kann erfindungsgemäß erst dadurch unterschieden werden, dass zur Beleuchtung des zu untersuchenden Polymersubstrats kurzwelliges Licht im UV-Bereich verwendet wird. Nur derart kann das beschriebene Transmissionsverhalten zu prüfender Polymersubstrate vorteilhaft ausgenutzt werden.
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Als Lichtquelle werden vorzugsweise UV-LEDs oder eine Gasentladungslampe eingesetzt.
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Es ist bekannt, dass die zum Herstellen von transparenten Bereichen verwendeten Polymersubstrate verschiedene Wirkungen auf durch das Substrat transmittiertes Licht haben können, insbesondere hinsichtlich der Polarisation dieses Lichts. Diese Effekte können, wie im Folgenden angegeben, genutzt werden, um die Prüfung des Polymersubstrats, insbesondere auch die Erkennung von Löchern, Rissen und dergleichen, nochmals zu verbessern. Es ist anzumerken, dass die Polarisationseffekte nicht lediglich im UV-Bereich vorliegen.
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Ein zum Bilden eines transparenten Bereichs in einer Banknote verwendetes transparentes Polymersubstrat, beispielsweise in Form einer gereckten Kunststofffolie, kann polarisierend wirken. D. h. das Substrat lässt vorzugsweise Licht einer bestimmten linearen Polarisationsrichtung passieren, wohingegen Licht anderer Polarisationsrichtungen im Wesentlichen herausgefiltert wird. Um diesen Effekt auszunutzen, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung weitere Komponenten umfassen. Die Folie agiert somit in gewisser Weise als Polarisator. Die Sperrrichtung der Folie, d. h. die Polarisationsrichtung, welche von der Folie im Wesentlichen herausgefiltert wird, ist dabei herstellungsspezifisch.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Polarisator. Dieser wird zwischen der Lichtquelle und dem zu prüfenden Substrat angeordnet. Der Polarisator polarisiert das von der Lichtquelle ausgesendete Licht, bevor dieses das Substrat trifft. D. h. das Substrat wird gemäß dieser Ausführungsform mit linear polarisiertem Licht beleuchtet. Bei geeigneter Ausrichtung des Polarisators zum zu prüfenden Substrat, wenn also die Polarisationsrichtung des durch den Polarisator polarisierten Lichts im Wesentlichen in Sperrrichtung des Polymersubstrats orientiert ist, kann in der Sensoreinrichtung in den Bereichen des zu prüfenden Substrats, in denen dasselbe unversehrt ist, nochmals ein signifikanter Intensitätsabfall des empfangenen Lichts detektiert werden. Damit wird der Kontrast zu denjenigen fehlerhaften Teilbereichen, in denen beispielsweise ein Loch vorliegt, noch deutlicher, da dort weder ein Transmissionsabfall aufgrund des Substrats an sich, noch eine Intensitätsschwächung aufgrund durch das Substrat herausgefilterter Polarisationsrichtungen erfolgen.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird ein Polarisator, der nun als Analysator dient, zwischen dem zu prüfenden Substrat und der Sensoreinrichtung angeordnet. Der Analysator dient hier dazu festzustellen, ob auf ihn treffendes Licht polarisiert ist oder nicht. Dazu kann der Analysator geeignet stückweise gedreht werden. Für diejenigen Teilbereiche des Substrats, in denen für jede Stellung des Analysators in der Sensoreinrichtung die gleiche Lichtintensität empfangen wird, kann auf das Fehlen des Substrats geschlossen werden. Der polarisierende Effekt des Substrats macht sich hingegen insbesondere in der Stellung des Analysators, in der dessen Durchlassrichtung im Wesentlichen der Sperrrichtung des Substrats entspricht, in einem wesentlichen Intensitätsabfall in der Sensoreinrichtung bemerkbar. Somit kann auch diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dazu dienen, den in der Sensoreinrichtung erkennbaren Kontrast zwischen Bereichen des Substrats, in denen jenes unbeschädigt ist, und solchen Bereichen, in denen Defekte vorliegen, zu vergrößern.
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Als Polarisator, und damit auch als Analysator, welcher in der Regel nichts anderes ist als ein Polarisator, können bekannte Vorrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise ein Prisma, ein dichroitischer Glaspolarisator, ein Gitterpolarisator, ein doppelbrechendes optisches Element, eine Flüssigkristallstruktur oder ein polarisierendes Nanostrukturelement.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche einen Polarisator oder einen Analysator umfassen, können zusätzlich jeweils ein polarisationsdrehendes Element umfassen. Ein solches Element kann einerseits dazu dienen, wenn es in der Ausführungsform, welche einen Polarisator aufweist, zwischen dem Polarisator und dem zu prüfenden Substrat angeordnet wird, die Polarisationsrichtung des durch den Polarisator polarisierten Lichts derart zu drehen, dass die gedrehte Polarisationsrichtung optimal zu der Sperrrichtung des Substrats steht, also im Wesentlichen parallel dazu. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Sperrrichtung des Substrats vor der Prüfung nicht bekannt ist oder das Substrat in der Vorrichtung beliebig orientiert angeordnet wird. Vorzugsweise ist das polarisationsdrehende Element eingerichtet, ein Drehen der Polarisationsrichtung automatisch und solange durchzuführen, bis die beschriebenen, resultierenden Polarisationseffekte optimal detektierbar sind. Dazu kann das polarisationsdrehende Element mit der Sensoreinrichtung verbunden sein.
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Analog kann ein entsprechendes Element in der Ausführungsform, welche einen Analysator aufweist, zwischen dem zu prüfenden Substrat und dem Analysator angeordnet sein. Ein Drehen des Analysators kann nun unterbleiben. Stattdessen übernimmt das polarisationsdrehende Element, vorzugsweise sich ebenfalls stückweise oder kontinuierlich drehend, solange eine Änderung der Polarisationsrichtung von durch das Substrat polarisiertem Licht, bis der resultierende Effekt in der Sensoreinrichtung am deutlichsten erkennbar wird.
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Als polarisationsdrehendes Element kann beispielsweise ein geeignetes Flüssigkristallelement eingesetzt werden.
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Gemäß einer dritten Ausführungsform werden vorstehend beschriebener Polarisator und Analysator kombiniert, d. h. es wird zwischen der Lichtquelle und dem zu prüfenden Substrat ein Polarisator, zwischen dem Substrat und der Sensoreinrichtung ein Analysator angeordnet. Hier kann der Analysator unbeweglich angeordnet werden, sofern Polarisator und Analysator bezüglich ihrer Durchlassrichtung im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind, d. h. die vom Polarisator bestimmte Polarisationsrichtung entspricht der Sperrrichtung des Analysators. Das Substrat wird nun vorzugsweise derart in der Vorrichtung angeordnet, dass seine Polarisationsrichtung jeweils um 45° zu der von Polarisator und Analysator gedreht ist. In dieser Stellung ist der durch den Polarisationseffekt erzeugte, in der Sensoreinrichtung erkennbare Intensitätsunterschied besonders hoch. Gemäß dieser Ausführungsform empfängt die Sensoreinrichtung für Teilbereiche, in denen kein Substrat vorliegt, die also defekt sind, im Wesentlichen kein Licht mehr, während Bereiche, in denen das Substrat intakt ist, lediglich in reduzierter Intensität erscheinen.
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Gemäß dieser Ausführungsform kann vorteilhaft auch ein Polarisationseffekt eines solchen Polymersubstrats erkannt werden, welches zwar nicht als Polarisationsfilter wirkt, d. h. kein Licht einer bestimmten Polarisationsrichtung herausfiltert, aber zumindest eine gewisse Änderung der Polarisationsrichtung von durch das Substrat transmittiertem Licht bewirkt. Nur dann, wenn eine Änderung der Polarisationsrichtung, welche durch den Polarisator vorgegeben wird, durch das Substrat erfolgt, kann die Sensoreinrichtung hinter dem Analysator noch Licht einer gewissen Intensität, abhängig von der Polarisationsänderung durch das Substrat, erkennen. Erfolgt hingegen keine solche Änderung der Polarisationsrichtung durch das Substrat, beispielsweise im Bereich eines Loches im Substrat, filtern die kreuzweise angeordneten Polarisator und Analysator sämtliches Licht heraus. Der entsprechende Bereich erscheint in der Sensoreinrichtung unbeleuchtet.
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Auch hier können zusätzlich polarisationsdrehende Elemente vorgesehen sein. Diese werden auch hier dazu eingesetzt, die entsprechenden Polarisationsrichtungen mit Bezug auf das zu prüfende Substrat und dessen Sperrrichtung bzw. Polarisationsänderung geeignet einzurichten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann zwischen einem Polarisator und dem zu prüfenden Substrat ein Polarisationsmodulator angeordnet werden. Dieser ist eingerichtet, die Polarisation des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichts, welche durch den Polarisator hergestellt worden ist, zu modulieren. Ein derart modulierter Strahl kann beispielsweise periodisch zwischen einer linearen Polarisierung und einer zirkulären Polarisierung wechseln. Als Polarisationsmodulator können verschiedene, bekannte Komponenten eingesetzt werden, beispielsweise ein photoelastischer Modulator (PEM), ein Faraday-Rotator oder eine Flüssigkristall-Zelle.
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Ist die Vorrichtung zum Prüfen des transparenten Polymersubstrats mit einem derartigen Polarisationsmodulator ausgestattet, können selbst sehr geringe, von dem zu prüfenden Substrat bewirkte Polarisationseffekte festgestellt werden. Dabei gilt, dass – bei einen Anordnung ohne Substrat – das Auftreffen des polarisationsmodulierten Lichtstrahls auf die Sensoreinrichtung in dieser einen Wechselstrom erzeugen kann. Wird nun das zu prüfende Substrat, wie beschrieben, zwischen dem Polarisationsmodulator und der Sensoreinrichtung in dem modulierten Lichtstrahl angeordnet, kann in der Sensoreinrichtung bereits eine sehr kleine Änderung der Polarisation des Lichtstrahls, welche durch das Substrat bewirkt wird, an der Störung des den Wechselstrom erzeugenden Signals erkannt werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Darin zeigen:
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1 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 bis 6 verschiedene Varianten der Vorrichtung aus 1, und
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7 eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Prüfen eines Substrats in Form eines Polymerfensters einer Banknote.
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Mit Bezug auf 1 umfasst eine Vorrichtung zum Prüfen eines transparenten Polymersubstrats 100, beispielsweise eines Fensterbereichs in einer Banknote, eine Lichtquelle 10 und eine Sensoreinrichtung 20. Hier, wie auch in den folgenden Figuren, sind lediglich die wesentlichen Komponenten der entsprechenden Vorrichtungsvarianten schematisch angegeben.
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Die Lichtquelle 10 ist eingerichtet, ein zu prüfendes Substrat 100 mit Licht einer geeigneten Wellenlänge zu beleuchten. Die Lichtquelle 10 sendet UV-Licht aus, d. h. Licht mit einer Wellenlänge zwischen 1 nm und 380 nm, vorzugsweise im Bereich zwischen 280 nm und 380 nm. Die Lichtquelle 10 kann mittels UV-LEDs gebildet sein. Gängige LEDs dieser Art sind in der Lage, Licht im Wellenlängenbereich von 360 nm bis 385 nm zu erzeugen. Alternativ kann als Lichtquelle 10 eine Gasentladungslampe verwendet werden. Solche Lampen sind für den UV-A-(315 nm bis 380 nm), UV-B-(280 nm bis 315 nm) und UV-C-Bereich (200 nm bis 280 nm) erhältlich.
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Die Sensoreinrichtung 20 ist eingerichtet, das von der Lichtquelle 10 ausgesendete Licht und, wenn, wie in 1 gezeigt, ein zu prüfendes Substrat 100 im Strahlengang angeordnet ist, das durch das Substrat 100 transmittierte Licht zu detektieren. Daraus kann die Sensoreinrichtung 20 den Transmissionsgrad des durch das Substrat 100 transmittierten Lichts bestimmen, d. h. den Anteil des von der Lichtquelle 10 ausgesendeten Lichts, der das Substrat 100 durchdringt. Dieser Transmissionsgrad kann durch die Sensoreinrichtung 20 für jeden einzelnen Teilbereich des zu prüfenden Substrats 100 bestimmt werden.
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Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen: Sind Lichtquelle 10 und Sensoreinrichtung 20 fest angeordnet und ist die Lichtquelle 10 punktförmig, so kann das zu prüfende Substrat 100 derart beweglich in dem Strahlengang angeordnet werden, dass jeder Bereich des Substrats 100 von dem Lichtstrahl abgetastet wird. Eine das Substrat 100 aufnehmende und führende Vorrichtung (nicht gezeigt) kann dazu mit der Sensoreinrichtung 20 verbunden werden. Auf diese Weise kann die Sensoreinrichtung 20 verschiedene gemessene Transmissionsgrade verschiedenen Bereichen des Substrats 100 einfach und eindeutig zuweisen. Alternativ kann die Sensoreinrichtung 20 aber auch einen zeilen- oder matrixförmigen Sensorbereich umfassen, so dass eine Bewegung des Substrats 100 lediglich in einer Richtung oder überhaupt nicht mehr erforderlich ist. Die Lichtquelle 10 kann ebenfalls beweglich sein, beispielsweise kann ein punktförmig ausgesendeter Lichtstrahl ein fixiertes Substrat 100 vor einer matrixförmigen Sensorfläche der Sensoreinrichtung 20 rasterförmig abtasten. Es ist auch möglich, von einer unbeweglichen Lichtquelle 10 punktförmig ausgesendete Strahlung geeignet aufzuweiten, beispielsweise mittels einer geeigneten Aufweitungsoptik. Auf diese Weise können parallele Strahlen gleichzeitig vorgegebene Bereiche des Substrats 100 beleuchten. Eine geeignete Abbildungsoptik kann dann die durch das Substrat 100 transmittierten Strahlen in vorgegebener Weise auf die Sensoreinrichtung 20, vorzugsweise auf eine Sensorzeile oder ein Sensorarray der Sensoreinrichtung 20, abbilden. Umfasst die Sensoreinrichtung 20 eine Sensorzeile, vor der sich das Substrat 100 in senkrechter Richtung zeilenweise linear bewegt, kann die Lichtquelle 10 ebenfalls eine lineare Bewegung entlang der Sensorzeile durchführen oder aber eine zeilenförmige Beleuchtung, beispielsweise mittels der angesprochenen Aufweitungsoptik, bereitstellen. Schließlich können sowohl Lichtquelle 10 als auch Sensoreinrichtung 20 eingerichtet sein, simultan sämtliche Bereiche des zu prüfenden Substrats 100 zu beleuchten bzw. auszuwerten. Nachstehend wird mit Bezug auf 7 eine bevorzugte Ausführungsform einer konkreten Anordnung zum Überprüfen eines Substrats 100 in Form eines Polymerfensters einer Banknote beispielhaft beschrieben.
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Auf diese Weise werden fehlerhafte Bereiche, die von der Sensoreinrichtung 20 dadurch erkannt werden, dass sie einen einen vorgegebenen Wert deutlich übersteigenden Transmissionsgrad aufweisen, zuverlässig erkannt. Dieser Effekt beruht im Wesentlichen auf der Tatsache, dass Materialien, wie sie zur Herstellung der zu prüfenden transparenten Polymersubstrate verwendet werden, im UV-Bereich einen deutlich reduzierten Transmissionsgrad aufweisen, z. B. 50% bei 300 nm, verglichen mit einem Transmissionsgrad im sichtbaren oder infraroten Bereich von ca. 90%. Der vorgegebene Wert hängt von dem zur Herstellung des Substrats verwendeten Material sowie der Schichtdicke des Substrats ab. Vorzugsweise verwendete Materialien und Schichtdicken sind beispielsweise Polycarbonate (Foliendicke ca. 100 μm), Polypropylen (Foliendicke ca. 100 μm) oder Polyethylenterephthalat (PET; Foliendicke ca. 23 μm). Andere bekannte Materialien können in vergleichbaren Schichtdicken verwendet werden.
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Die Sensoreinrichtung 20 kann somit zur Prüfung von Substraten 100 aus verschiedenen Materialien sowie mit verschiedenen Schichtdicken jeweils geeignet eingestellt werden. Die Sensoreinrichtung 20 erkennt beispielsweise bei einem intakten Bereich des Substrats 100 einen Transmissionsgrad von ca. 50% (PET, 23 μm bei 300 nm), während der erkannte Transmissionsgrad in einem Bereich, in dem das Substrat defekt ist, beispielsweise einen Riss oder ein Loch aufweist, auf nahezu 100% steigt. Dadurch ist auf sehr einfache Weise eine zuverlässige Erkennung von mechanischen Defekten in transparenten Polymersubstraten 100 sichergestellt.
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Die zu prüfenden Polymersubstrate 100, insbesondere wenn diese als gereckte Folien vorliegen, weisen zumindest einen gewissen polarisierenden Effekt auf. D. h. das Substrat selbst wirkt eingeschränkt als Polarisator, lässt also bevorzugt Lichtstrahlen einer Polarisierungsrichtung (Durchlassrichtung) passieren, die Lichtstrahlen der dazu senkrechten Polarisierungsrichtung (Sperrrichtung) werden am Passieren gehindert. Dieser Effekt kann in der Prüfvorrichtung zur Verstärkung des Kontrastes zwischen intaktem Substrat 100 und defekter Stelle ausgenutzt werden, wie dies mit Bezug auf die Vorrichtungen der 2 bis 4 beschrieben wird.
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In der Vorrichtung aus 2 ist zwischen der Lichtquelle 10 und dem zu prüfenden Substrat 100 ein Polarisator 30 angeordnet. Die Durchlassrichtung des Polarisators 30 sowie des Substrats 100 ist jeweils durch die entsprechende Schraffur angedeutet. Das von der Lichtquelle 10 ausgesendete Licht wird von dem Polarisator 30 polarisiert und trifft dann auf das zu prüfende Substrat 100. Da dieses selbst polarisierend wirkt, verstärkt sich der Intensitätsabfall in der Sensoreinrichtung 20 zusätzlich zu dem Abfall, welcher auf dem allgemeinen Transmissionsverhalten des Substrats 100 beruht, aufgrund der Filterwirkung des Substrats 100 hinsichtlich der Polarisierung. Der Grad, in welchem das Substrat 100 das von dem Polarisator 30 polarisierte Licht passieren lässt, hängt im Wesentlichen davon ab, wie groß der Winkel zwischen den jeweiligen Durchlassrichtungen ist. Sind diese etwa parallel, filtert das Substrat praktisch nichts zusätzlich, sind sie senkrecht, so passieren praktisch keine Strahlen mehr das Substrat 100. Eine Einstellung des Winkels zum Erreichen des diesbezüglich maximalen Effekts kann durch Drehung des Polarisators 30 und/oder Drehen des Substrats 100 erreicht werden. Diese Winkeleinstellung kann automatisch erfolgen. Dazu kann der Polarisator 30 und/oder das Substrat 100 bzw. eine das Substrat 100 haltende Vorrichtung mit der Sensoreinrichtung 20 verbunden werden. Eine Drehung von Polarisator 30/Substrat 100 kann durch die Sensoreinrichtung 20 schrittweise so eingestellt werden, dass maximale Kontraste erkennbar sind.
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Als Polarisator 30 können bekannte Vorrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise ein Prisma, ein dichroitischer Glaspolarisator, ein Gitterpolarisator, ein doppelbrechendes optisches Element, eine Flüssigkristallstruktur oder ein polarisierendes Nanostrukturelement.
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Alternativ zu beschriebener Einstellung von Polarisator 30 und Substrat 100 kann, wie in 4 gezeigt, auch zusätzlich ein polarisationsdrehendes Element 50 zwischen dem Polarisator 30 und dem zu prüfenden Substrat angeordnet werden. Polarisator 30 und Substrat 100 können nun unbeweglich angeordnet werden. Das polarisationsdrehende Element 50 dreht die durch den Polarisator 30 erzeugte Polarisationsrichtung in veränderbarer Weise, um den erwünschten Effekt zu maximieren. Das polarisationsdrehende Element 50 kann, analog zu oben Beschriebenen, zur automatischen Einstellung mit der Sensoreinrichtung 20 verbunden werden.
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Als polarisationsdrehendes Element 50 kann beispielsweise ein geeignetes Flüssigkristallelement eingesetzt werden.
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3 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung, die prinzipiell gleich wirkt wie die Vorrichtung aus 2. Im Unterschied dazu ist nun der Polarisator als Analysator 40 entlang des Lichtstrahls zwischen dem zu prüfenden Substrat 100 und der Sensoreinrichtung 20 angeordnet. Der damit erzielbare Effekt in der Sensoreinrichtung 20 bleibt derselbe, da sich die Filterwirkung von Substrat 100 und Analysator 40 hinsichtlich der Polarisation in genau der Weise addieren, wie dies für die Wirkungen von Polarisator 30 und Substrat 100 in 2 der Fall war. Als Analysator 40 wird in der Regel ein beschriebener gewöhnlicher Polarisator verwendet. Auch gemäß dieser Ausführungsform kann auf ein Drehen von Substrat 100 und/oder Analysator zum Einstellen des Winkels zwischen den jeweiligen Durchlassrichtungen verzichtet werden, wenn, analog zur Ausführungsform in 4, ein polarisationsdrehendes Element 50 zwischen dem zu prüfenden Substrat 100 und dem Analysator angeordnet wird.
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Die in 5 gezeigte Vorrichtung umfasst einen Polarisator 30 und einen Analysator 40. Diese sind vorzugsweise kreuzweise zueinander angeordnet, d. h. die jeweiligen Durchlassrichtungen stehen senkrecht aufeinander. Ohne Vorliegen eines Substrats 100, welches die Polarisationsrichtung des durch den Polarisator 30 polarisierten Strahls der Lichtquelle 10 zumindest geringfügig ändert, empfinge die Sensoreinrichtung 20 praktisch kein Licht mehr, da die Kombination aus Polarisator 30 und Analysator 40 sämtliches Licht herausfiltern würde. Daran ist zu erkennen, dass die Wirkungsweise dieser Ausführungsform von der der vorstehend beschriebenen dahingehend abweicht, dass defekte Teilbereiche des Substrats 100, d. h. Löcher oder Risse, auf der Sensoreinrichtung 20 praktisch vollständig dunkel erscheinen, wohingegen das intakte Substrat 100 erkennbar heller, mit abhängig von der Winkelstellung zwischen Substrat und Polarisator/Analysator verminderter Intensität erkennbar ist. Der beste Effekt, d. h. ein maximaler Kontrast, wird hier erzielt, wenn die Durchlassrichtung des Substrats 100 jeweils mit einem Winkel von 45° zur Durchlassrichtung des Polarisators 30 und des Analysators 40 ausgerichtet ist. Dazu können in beschriebener Weise wieder geeignete polarisationsdrehende Elemente 50 (hier nicht gezeigt) eingesetzt werden.
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Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der auf der Polarisierung beruhende Effekt auch dann erkennbar ist, wenn das Substrat 100 nicht als Polarisationsfilter wirkt, sondern die Polarisationsrichtung des transmittierten Lichts lediglich ändert, beispielsweise dreht. Ein Herausfiltern gewisser Polarisationsrichtungen ist zum Erreichen einer Wirkung hier nicht erforderlich.
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Mit Bezug auf 6 schließlich kann zwischen einem Polarisator 30 und einem zu prüfenden Substrat 100 ein polarisationsmodulierendes Element 60, d. h. ein Polarisationsmodulator 60, angeordnet werden. Dieses Element 60, welches beispielsweise als photoelastischer Modulator (PEM), als Faraday-Rotator oder als Flüssigkristall-Zelle ausgebildet sein kann, ist eingerichtet, den durch den Polarisator 30 polarisierten Lichtstrahl bezüglich seiner Polarisation zu modulieren. Ein linear polarisierter Lichtstrahl kann den Modular 60 z. B. als ein Strahl verlassen, der periodisch zwischen einem linear und einem zirkulär polarisierten Strahl wechselt. Ein derart periodisch moduliertes Signal kann in der geeignet eingerichteten Sensoreinrichtung 20 einen Wechselstrom erzeugen. Wird nun, wie in 6 dargestellt, ein zu prüfendes Substrat 100 in dem modulierten Lichtstrahl angeordnet, so wird das den Wechselstrom in der Sensoreinrichtung 20 erzeugende Signal entsprechend gestört, sobald das Substrat 100 lediglich eine hinsichtlich der Polarisierung des Lichtstrahls geringfügig ändernde Wirkung aufweist. Der Kontrast zwischen einem sehr hohen Transmissionsgrad im Bereich von Defekten im Substrat 100 und einem deutlich herabgesetzten Transmissionsgrad im Bereich eines unbeschädigten Substrats 100 wird hier dadurch verstärkt, dass das periodisch modulierte Signal lediglich in den intakten Bereichen des Substrats gestört wird.
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Mittels dieser Ausführungsform können somit vorteilhafterweise solche Substrate 100 geprüft werden, deren polarisationsfilternde oder polarisationsändernde Wirkungen nur recht schwach sind.
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Mit Bezug auf 7 wird nachstehend beispielhaft beschrieben, wie der Transmissionsgrad des von der Lichtquelle 10 ausgesendeten UV-Lichts für jeden einzelnen Teilbereich eines zu prüfenden Substrats 100 durch die Sensoreinrichtung 20 bestimmt werden kann. Exemplarisch ist die Prüfung eines Substrats 100 in Form eines Polymerfensters 100 einer Banknote 200 gezeigt. Die Anordnung umfasst neben der Lichtquelle 10 und der Sensoreinrichtung 20 eine Aufweitungsoptik 70 und eine Abbildungsoptik 80.
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Ein von der Lichtquelle 10 punktförmig ausgesendeter Lichtstrahl wird von der Aufweitungsoptik 70 aufgewertet und als paralleles Strahlenbündel auf das zu prüfende Substrat 100 gelenkt. Die Aufweitung erfolgt dabei vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zu einer Transportrichtung T, in der die Banknote mittels einer (in 7 nicht gezeigten) Transportvorrichtung durch den Strahlengang transportiert wird. Die Transportrichtung ist durch den mit T gekennzeichneten Pfeil angedeutet ist. Die Strahlaufweitung kann dabei beispielsweise durch Zylinderlinsen, Spiegel, mikrooptische Elemente oder dergleichen erfolgen.
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Da sich, wie erwähnt, die Aufwertung des Lichtstrahls quer zur Transportrichtung der Banknote 200 erstreckt, kann in der gezeigten Weise eine vordefinierte Breite bzw. Höhe, vorzugsweise entsprechend einer Dimension des Polymerfensters 100 der Banknote 200, maschinell geprüft werden. Die Ausdehnung bzw. Aufwertung des von der Lichtquelle 10 ausgesendeten Strahls in Transportrichtung T ist dagegen in der Regel wesentlich geringer als in der senkrecht aufgeweiteten Richtung. Es ist aber auch möglich, den von der Lichtquelle 10 ausgesendeten Strahl in verschiedene, vorzugsweise senkrecht zueinander stehende Richtungen in vorgegebener Weise geeignet aufzuweiten.
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Das durch das Polymerfenster 100 transmittierte Licht wird von einer Abbildungsoptik 80 erfasst und auf ein Sensorarray 21 der Sensoreinrichtung 20 gelenkt und dort erfasst. Die Abbildungsoptik 80 kann dabei vorstehend mit Bezug auf die Aufweitungsoptik 70 beschriebene Komponenten umfassen. Auf diese Weise kann eine ortsaufgelöste Prüfung des Polymerfensters 100 der Banknote 200 vorgenommen werden. Um eine Prüfung der gesamten Fläche des Polymerfensters 100 zu erhalten, wird das Fenster 100 zeilenweise abgetastet, indem die Banknote 200 mittels der Transportvorrichtung sukzessive in Transportrichtung T durch den Gang der parallel aufgeweiteten Strahlen transportiert wird. Der Transport erfolgt vorzugsweise schrittweise um jeweils eine Zeilenbreite, wobei die Breite einer Zeile der Aufweitung des Strahls in Transportrichtung entspricht.
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Wie vorstehend bereits beschrieben, ist die Transportvorrichtung mit der Sensoreinrichtung 20 geeignet verbunden, so dass die Sensoreinrichtung 20 bei der Auswertung der mittels der Sensorzeile 21 empfangenen Strahlen die Bewegung der Transportvorrichtung mit einberechnen und somit jeden durch die Sensoreinrichtung 20 bestimmten Transmissionsgrad eindeutig einem Bereich des Polymerfensters 100 der Banknote 200 zuordnen kann. Somit können zuverlässig solche Teilbereiche des Polymerfensters 100 der Banknote 200 als fehlerhaft erkannt werden, in denen der Transmissionsgrad des UV-Lichts durch das Polymerfenster 100 einen vorgegeben Wert übersteigt.
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Es versteht sich, dass die mit Bezug auf die 2 bis 6 beschriebenen Komponenten in entsprechender Weise in der Anordnung aus 7 angeordnet werden können, um zusätzlich die beschriebenen Polarisationseffekte zu erzeugen und auszuwerten.
