WO2005116942A1 - Vorrichtung und verfahren zur untersuchung von megnetischen eigenschaften von objekten - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur untersuchung von megnetischen eigenschaften von objekten Download PDF

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WO2005116942A1
WO2005116942A1 PCT/EP2005/005668 EP2005005668W WO2005116942A1 WO 2005116942 A1 WO2005116942 A1 WO 2005116942A1 EP 2005005668 W EP2005005668 W EP 2005005668W WO 2005116942 A1 WO2005116942 A1 WO 2005116942A1
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WO
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magnetic
magneto
optical layer
field strength
field
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PCT/EP2005/005668
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French (fr)
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Ulrich Schanda
Horst Dötsch
Carsten Holthaus
Alexei Trifonov
Jürgen Schützmann
Original Assignee
Giesecke & Devrient Gmbh
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Publication date
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Priority to EP05753224A priority patent/EP1759359A1/de
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    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07D—HANDLING OF COINS OR VALUABLE PAPERS, e.g. TESTING, SORTING BY DENOMINATIONS, COUNTING, DISPENSING, CHANGING OR DEPOSITING
    • G07D7/00—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency
    • G07D7/04—Testing magnetic properties of the materials thereof, e.g. by detection of magnetic imprint
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
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    • G07D7/00—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency
    • G07D7/06—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency using wave or particle radiation
    • G07D7/12—Visible light, infrared or ultraviolet radiation

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for examining magnetic properties of objects, in particular sheet material, such as banknotes.
  • the device comprises a magneto-optical layer having magnetic domains, the optical properties of which can be influenced by the magnetic properties of the object to be examined, at least one light source for generating light which strikes the magneto-optical layer, and at least one sensor for receiving light which the magneto-optical layer is transmitted and / or reflected.
  • banknotes are provided with magnetic features, among other things. In automated banknote checking in banknote processing machines, banknotes are therefore also examined for their magnetic properties in order to distinguish counterfeit or suspected counterfeit from genuine banknotes.
  • banknotes are usually examined using inductive measuring heads, Hall elements or magnetoresistive elements, such as field plates or thin permalloy layers.
  • a suitable device is known, for example, from German published patent application DE 197 18 122 AI.
  • a magneto-optical reflector layer with a high magnetic Kerr effect is coated with polarized light lights up and the reflected light is detected after passing through a polarization filter. If a banknote to be examined is brought close behind the reflector layer, the magnetic stray fields of the magnetic areas of the banknote influence the optical behavior of the reflector layer, the direction of polarization of the detected light being changed. The magnetic properties of the sheet material can then be inferred from the measured change in polarization.
  • magneto-optical layers Compared to frequently used inductive measuring heads, the use of magneto-optical layers has the advantage that they allow a higher spatial resolution and the measurement of the magnetic fields is independent of the speed of the bank note relative to the measuring system. In addition, the use of magneto-optical layers enables an imaging process to visualize the magnetic patterns built into the banknote.
  • WO 02/052498 A2 a device and a method for the investigation of magnetic properties of objects are known, in which magneto-optical layers with regularly aligned magnetic domains are used.
  • Light generated by a light source and striking the magneto-optical layer is diffracted at the regularly aligned magnetic domains.
  • the diffracted and transmitted or reflected light from the layer is received by a sensor.
  • the magnetic areas of the sheet influence the optical properties of the magnetic layer, the distances and / or widths of the regularly aligned magnetic domains depending on the direction and strength of the magnetic field of the sheet acting on the magneto-optical layer vary.
  • the detected intensity and / or position of the diffracted light changes accordingly, so that the magnetic properties of the sheet can be deduced from this.
  • the known device and the method for the investigation of magnetic properties of objects by means of magneto-optical layers with regularly aligned magnetic domains have the advantage that the magneto-optical layers with domains used have a high sensitivity, which is why they are suitable for the detection of very small changes in magnetic flux density.
  • the possible spatial resolution is limited by the size of the magnetic domains.
  • a device and a method for examining magnetic properties of objects are known, in which a magneto-optical layer is used, which is known as a so-called flat layer is built up.
  • Such in-plane layers have no magnetic domains, or a single magnetic domain lies in the layer itself and runs parallel to it.
  • Magneto-optical layers of this type have the advantage that they practically enable any spatial resolution.
  • the sensitivity of the in-plane layers to changes in the magnetic flux density is much lower than that of the magneto-optical layers with magnetic domains.
  • the change, ie rotation, of the polarization direction of the light coupled into the magneto-optical layer is increased by increasing the optical path length of the light passing through the magneto-optical layer.
  • the light source and the magneto-optical layer are arranged such that the direction of propagation of the light coupled into the layer runs essentially parallel to a base area of the magneto-optical layer.
  • the device and the method should also enable the examination in the event that the magnetic properties of an examination are not readily accessible.
  • the invention is based on a device and a method for examining magnetic properties of objects, in particular sheet material, such as banknotes, with a magneto-optical layer having magnetic domains, the optical properties of which can be influenced by the magnetic properties of the object to be examined, at least one Light source for generating light that strikes the magneto-optical layer and at least one sensor for receiving light that is transmitted and / or reflected by the magneto-optical layer, with a magnetic field that extends essentially parallel to the surface of the magneto-optical layer Area of the magneto-optical layer.
  • the device according to the invention has the advantage that magneto-optical layers with magnetic domains that can be produced with less effort can be used, the spatial resolution of which is improved by the magnetic field that extends essentially parallel to the surface of the magneto-optical layer.
  • the magnetic field can also be used to investigate magnetic properties that are not easily accessible.
  • the field strength of the magnetic field parallel to the magneto-optical layer is dimensioned such that the magnetic domains are greatly reduced.
  • the field strength of the magnetic field parallel to the magneto-optical layer is dimensioned such that the magnetic domains are just collapsing.
  • the field strength of the magnetic field parallel to the magneto-optical layer is dimensioned such that there are no longer any magnetic domains.
  • FIG. 1 shows a basic structure of a device for examining magnetic properties of objects
  • FIG. 2 shows a basic structure of a magneto-optical detector used in the device according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a basic course of the sensitivity of the detector from FIG. 2, as a function of a magnetic field applied parallel to the surface of the detector, and
  • FIG. 4 magnetic devices for generating a magnetic field parallel to the surface of the detector according to FIG. 2.
  • Figure 1 shows a basic structure of a device 1 for examining magnetic properties of objects.
  • Objects to be examined should in particular be understood to mean sheet material, such as banknotes which have magnetic components. Such components can be printing inks with magnetic particles, magnetic security threads, etc. It can be provided that the objects have magnetic properties that are to be investigated without any problems, ie the objects themselves generate a specific magnetic field.
  • the objects can have, for example, at least traces or certain proportions of hard magnetic substances which, for. B. are arranged according to a certain pattern in and / or on the object. Since the hard magnetic substances have a certain remanence, they generate a magnetic field that can be evaluated for the examination after a single alignment. It is also possible that the objects do not easily have magnetic properties to be checked, ie that the objects are produced. no magnetic field itself.
  • the objects can have, for example, at least traces or certain portions of soft magnetic substances which, for. B. are arranged according to a certain pattern in and / or on the object. Since the soft magnetic materials have no remanence, they themselves do not generate a magnetic field that can be evaluated for the examination. In order to generate a magnetic field that can be evaluated for the examination, it is necessary to expose such objects to a magnetic field for the duration of the examination so that the soft magnetic substances contained on and / or in the object align themselves so that they can be examined.
  • the device 1 has a detector 4, which is formed by a magneto-optical layer with magnetic domains.
  • the light of at least one light source 2 is polarized by means of a polarizer 3. The polarized light illuminates the detector 4, is reflected and / or transmitted by it, passes through an analyzer 5 and is received by at least one sensor 6.
  • An object to be examined BN e.g. B. a banknote is transported by a transport system, not shown, along a direction T, essentially along the long edges of the BN, past the device 1.
  • the magnetic field Bn of the magnetic device 6, 7 aligns magnetic material present in and / or on the bank note BN in such a way that it generates a further magnetic field 10.
  • a component Bi of the magnetic field 10 perpendicular to the detector 4 causes a change, in particular rotation, of the polarization in the magneto-optical layer of the detector 4. direction of light. This change in the direction of polarization is evaluated by means of a change in the intensity of the light which passes through the analyzer 5 and is received by the sensor or sensors 6 for the investigation of the magnetic properties of the object BN or the bank note.
  • the detector 4 consists of a substrate 41, on which the magneto-optical layer 42 having magnetic domains is applied.
  • An opaque layer 43 is applied to the magneto-optical layer 42, from which the light originating from the light source 2 is scattered or reflected.
  • the substrate 41 can be, for example, a single-crystal disk made of gadolinium gallium garnet.
  • the magneto-optical layer 42 applied is, for example, yttrium and / or lutetium iron garnet. Yttrium and / or lutetium can be partially or completely replaced by bismuth and / or cerium to increase the Faraday rotation. Furthermore, yttrium and / or lutetium can be adjusted by rare earths, e.g. Praseodymium or neodymium. To adjust the magnetization, iron can be substituted by gallium and / or aluminum.
  • the opaque layer is formed, for example, from aluminum.
  • the change in the polarization direction of the light is, as described above ben, received by the one or more sensors 6 and by an evaluation device, not shown, for. B.
  • FIG. 3 shows a basic course of the sensitivity of the magneto-optical layer of the detector 4, as a function of the magnetic field Bn applied parallel to the surface of the detector 4.
  • the field strength of the magnetic field Bn of the magnetic device 7, 8 is preferably selected such that it is in the range of a field strength B
  • the field strength Bn C oi ⁇ can be in the range of 40-100 mT. But field strengths smaller than 40 mT, even field strengths below 1 mT, are also conceivable.
  • the magneto-optical layer 42 is highly sensitive to the magnetic field Bi to be examined.
  • the magnetic domains have a significantly smaller structure than without the magnetic field Bn, so that the spatial resolution is significantly improved. In this case, such. B.
  • the field strength of the magnetic field Bn is chosen such that it corresponds to the field strength Bncoii at which the magnetic domains collapse, a large dynamic range is available for the magnetic field B to be examined. Since the field strength of the magnetic field Bn already causes the collapse of the magnetic domains, the possible spatial resolution is significantly improved.
  • the field strength of the magnetic field Bn is chosen such that it is in the range according to the field strength B
  • FIG. 4 shows different designs of magnetic devices 7, 8 for generating the magnetic field Bn parallel to the surface of the detector 4.
  • FIGS. 4a and 4b each show arrangements of the magnet device 7, 8 made of two permanent magnets 7 and 8, which are arranged in such a way that a magnetic field Bn which is as homogeneous as possible results in the region of the detector 4 and runs parallel to the surface of the detector 4.
  • FIGS. 4c and 4d likewise each show arrangements of the magnet device 7, 8 made of two permanent magnets 7 and 8, with measures 70, 71 for homogenizing the magnetic field Bn.
  • FIG. 4c it is provided to attach a current-carrying conductor 70 which runs parallel to the detector 4, the magnetic field of which compensates for deviations of the magnetic field generated by the permanent magnets 7, 8 from the desired magnetic field Bn running parallel to the detector 4.
  • a further permanent magnet 71 instead of a current-carrying conductor, which runs parallel to the detector 4.
  • FIG. 4e shows an embodiment of the magnet device consisting of four permanent magnets 7, 7 ', 8 and 8'. This arrangement corresponds to a Helmholtz arrangement and generates a very homogeneous magnetic field Bn with a very good parallel course to the surface of the detector 4.
  • magnets can be used for the magnetic device as long as they have the desired homogeneous magnetic field Bn running parallel to the surface of the detector 4 generate which floods the magneto-optical layer 42. Electromagnets can also be used instead of permanent magnets.
  • a time-varying magnetic field Bn (t) When using electromagnets, it is also possible to apply a time-varying magnetic field Bn (t).
  • the use of a time-varying magnetic field Bn (t) makes it possible to use the lock-in technique when evaluating the measurement signals, in which the measurement signals are evaluated as a function of the change in the magnetic field Bn (t) over time.
  • the signal-to-noise ratio of the measurement of the magnetic field B x can thereby be significantly improved.
  • Suitable frequencies for the time-varying magnetic field Bn (t) are in the range above 10 kHz.
  • the time-varying magnetic field Bn (t) described can be generated by means of electromagnets and have a field strength which lies in the range of the field strength Bncoii described above.
  • the required field strength in the range of Bn C oi ⁇ can also by a time-constant part Bn and a time-varying proportion Bn (t) are generated.
  • Bn> Bn (t) the required field strength in the range of Bn C oi ⁇
  • Bn (t) the required field strength in the range of Bn C oi ⁇
  • Bn (t) the required field strength in the range of Bn C oi ⁇
  • Bn a time-constant part
  • Bn (t) a time-varying proportion Bn (t)
  • FIG. 4f shows a possible arrangement of electromagnets 7 "and 8" for the generation of a magnetic field Bn, which, as described above, can also contain at least one time-variable component Bn (t).
  • the electromagnets 7 ", 8” can also have iron cores.
  • the electromagnets 7 ", 8” can also be used in addition to the permanent magnets 7, 7 ', 8, 8' shown in FIGS. 4a to 4e.
  • the intensity fluctuations in the light resulting from the rotation of the polarization direction are evaluated by the sensor 6 in order to produce an image of the magnetic properties of the object BN.
  • both the detector 4 and the sensor 6 have a cellular structure, the length of the detector 4 and sensor 6 corresponding to at least one dimension of the object BN so that it can be fully examined.
  • Detector 4 and sensor 6 can each consist of individual elements which are arranged in a row, but they can also each consist of a single element, e.g. B. the sensor 6 can be formed by a CCD line.
  • a point structure can also be provided, which enables the examination of one or more specific points of the object BN.
  • a two-dimensional structure can be provided for the components of the device 1, so that the object BN can be examined in whole or in part.
  • the choice of the wavelength of the light generated by the light source 2 is of particular importance. Long wavelength light only experiences a slight rotation of the direction of polarization in the magneto-optical layer 42, whereas light of short wavelength is largely absorbed by the magneto-optical layer. For this reason, a light source 2 with a wavelength in the range of 550-650 nm, in particular about 590 nm, has proven particularly useful.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Untersuchung von magnetischen Eigenschaften von Objekten, insbesondere von Blattgut, wie beispielsweise Banknoten. Die Erfindung geht dabei von einer Vorrichtung (1) sowie einem Verfahren zur Untersuchung von magnetischen Eigenschaften von Objekten (BN), insbesondere von Blattgut, wie beispielsweise Banknoten, mit einer magnetische Domänen aufweisenden magnetooptischen Schicht (42), deren optische Eigenschaften von den magnetischen Eigenschaften des zu untersuchenden Objekts (BN) beeinflußbar sind, mindestens einer Lichtquelle (2) zur Erzeugung von Licht, welches auf die magnetooptische Schicht (42) trifft, und mindestens einem Sensor (6) zum Empfangen von Licht, welches von der magnetooptischen Schicht (42) transmittiert und/oder reflektiert wird, aus, mit einem sich im wesentlichen parallel zur Fläche der magnetooptischen Schicht (42) ausbreitenden Magnetfeld (BII), im Bereich der magnetooptischen Schicht (42).

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung von magnetischen Eigenschaften von Objekten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Untersuchung von magnetischen Eigenschaften von Objekten, insbesondere von Blattgut, wie beispielsweise Banknoten. Die Vorrichtung umfaßt eine magnetische Domänen aufweisende magnetooptische Schicht, deren optische Eigenschaften von den magnetischen Eigenschaften des zu untersuchenden Objekts beeinflußbar sind, mindestens eine Lichtquelle zur Erzeugung von Licht, welches auf die magnetooptische Schicht trifft, und mindestens einen Sensor zum Empfang von Licht, welches von der magnetooptischen Schicht transmittiert und/ oder reflektiert wird.
Zur Gewährleistung einer hohen Fälschungssicherheit werden Banknoten unter anderem mit magnetischen Merkmalen versehen. Bei der automatisierten Banknotenprüfung in Banknotenbearbeitungsmaschinen werden daher Banknoten auch auf ihre magnetischen Eigenschaften hin untersucht, um gefälschte oder fälschungsverdächtige von echten Banknoten zu unterscheiden.
Die Untersuchung der magnetischen Eigenschaften von Banknoten erfolgt hierbei meist unter Verwendung von induktiven Meßköpfen, Hall-Elementen oder magnetoresistiven Elementen, wie beispielsweise Feldplatten oder dünnen Permalloy-Schichten.
Darüber hinaus ist bekannt, die magnetischen Eigenschaften von Banknoten unter Verwendung von magnetooptischen Schichten zu untersuchen. Eine geeignete Vorrichtung ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungs- schrift DE 197 18 122 AI bekannt. Eine magnetooptische Reflektorschicht mit hohem magnetischem Kerr-Effekt wird hierin mit polarisiertem Licht be- leuchtet und das reflektierte Licht nach Durchlaufen eines Polarisationsfilters detektiert. Wird eine zu untersuchende Banknote dicht hinter die Reflektorschicht gebracht, so beeinflussen die magnetischen Streufelder der magnetischen Bereiche der Banknote das optische Verhalten der Reflektorschicht, wobei die Polarisationsrichtung des detektierten Lichts verändert wird. Aus der gemessenen Veränderung der Polarisation kann dann auf die magnetischen Eigenschaften des Blattguts geschlossen werden.
Gegenüber häufig eingesetzten induktiven Meßköpfen hat die Verwendung von magnetooptischen Schichten den Vorteil, daß diese eine höhere Ortsauflösung erlauben und die Messung der magnetischen Felder unabhängig von der Geschwindigkeit der Banknote relativ zum Meßsystem ist. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz magnetooptischer Schichten ein bildgebendes Verfahren zur Sichtbarmachung der in die Banknote eingebauten magnetischen Muster.
Bei der maschinellen Untersuchung der magnetischen Eigenschaften von Banknoten tritt insbesondere das Problem auf, daß sehr kleine Magnetflußdichten nachgewiesen werden müssen, um eine ausreichend genaue und zuverlässige Überprüfung der Echtheit gewährleisten zu können. Dies ist dadurch bedingt, daß zum einen die von den einzelnen magnetischen Bereichen der Banknoten verursachten Streufelder sehr klein sind, und zum anderen die typischen Abstände zwischen Banknote und magnetooptischer Schicht aufgrund der bei Banknotenbearbeitungsmaschinen geforderten hohen Transportgeschwindigkeit nicht beliebig klein sein können, weil dies sonst zu einem erhöhten Verschleiß der zu überprüfenden Banknoten sowie einzelner Sensorkomponenten führen würde und darüber hinaus eine erhöhte Staugefahr zur Folge hätte. Aus der WO 02/052498 A2 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Untersuchung von magnetischen Eigenschaften von Objekten bekannt, bei denen magnetooptische Schichten mit regelmäßig ausgerichteten magnetischen Domänen eingesetzt werden. Dabei wird von einer Lichtquelle erzeugtes und auf die magnetooptische Schicht treffendes Licht an den regelmäßig ausgerichteten magnetischen Domänen gebeugt. Das gebeugte und von der Schicht transmittierte bzw. reflektierte Licht wird von einem Sensor empfangen. Befindet sich ein Objekt, insbesondere ein Blatt, mit magnetischen Bereichen in der Nähe der magnetooptischen Schicht, so beeinflussen die magnetischen Bereiche des Blattes die optischen Eigenschaften der magnetischen Schicht, wobei die Abstände und/ oder Breiten der regelmäßig ausgerichteten magnetischen Domänen je nach Richtung und Stärke des auf die magnetooptische Schicht wirkenden Magnetfeldes des Blattes variieren. Abhängig von dessen magnetischen Eigenschaften verändert sich die detektier- te Intensität und/ oder Lage des gebeugten Lichts entsprechend, so daß hieraus auf die magnetischen Eigenschaften des Blattes geschlossen werden kann.
Die bekannte Vorrichtung und das Verfahren zur Untersuchung von magnetischen Eigenschaften von Objekten mittels magnetooptischer Schichten mit regelmäßig ausgerichteten magnetischen Domänen weisen den Vorteil auf, daß die verwendeten magnetooptischen Schichten mit Domänen eine hohe Empfindlichkeit aufweisen, weshalb sie für den Nachweis sehr kleiner Magnetflußdichteänderungen geeignet sind. Jedoch ist die mögliche räumliche Auflösung durch die Größe der magnetischen Domänen beschränkt.
Aus der WO 02/052512 A2 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Untersuchung von magnetischen Eigenschaften von Objekten bekannt, bei denen eine magnetooptische Schicht verwendet wird, die als sogenannte in- plane Schicht aufgebaut ist. Derartige in-plane Schichten weisen keine magnetischen Domänen auf, bzw. eine einzige magnetische Domäne liegt in der Schicht selbst und verläuft parallel zu dieser. Derartige magnetooptische Schichten weisen den Vorteil auf, daß sie praktisch eine beliebige Ortsauflösung ermöglichen. Jedoch ist die Empfindlichkeit der in-plane Schichten für Änderungen der Magnetflußdichte wesentlich geringer als die der magnetooptischen Schichten mit magnetischen Domänen. Deshalb wird bei dem bekannten Verfahren und der Vorrichtung die Veränderung, d.h. Drehung, der Polarisationsrichtung des in die magnetooptische Schicht eingekoppelten Lichts, dadurch vergrößert, daß die optische Weglänge des die magnetooptische Schicht durchlaufenden Lichts erhöht wird. Dazu werden die Lichtquelle und die magnetooptische Schicht so angeordnet, daß die Ausbreitungsrichtung des in die Schicht eingekoppelten Lichts im wesentlichen parallel zu einer Grundfläche der magnetooptischen Schicht verläuft.
Die bekannte Vorrichtung und das Verfahren zur Untersuchung von magnetischen Eigenschaften von Objekten mittels magnetooptischer in-plane Schichten weisen jedoch den Nachteil auf, daß die Herstellung derartiger inplane Schichten aufwendig und damit teuer ist.
Weitere Probleme ergeben sich, wenn neben zu untersuchenden Objekten mit fest vorgegebenen magnetischen Eigenschaften auch Objekte untersucht werden sollen, die magnetische Eigenschaften aufweisen, die unbestimmt sind, so daß sie sich einer Untersuchung entziehen, bzw. einer Untersuchung nicht ohne weiteres zugänglich sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren anzugeben, welche eine genauere und zuverlässigere Untersuchung magnetischer Eigenschaften von Objekten, insbesondere Blattgut, erlauben. Zudem sollen die Vorrichtung sowie das Verfahren die Untersuchung auch für den Fall ermöglichen, daß die magnetischen Eigenschaften einer Untersuchung nicht ohne weiteres zugänglich sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgebe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst.
Die Erfindung geht dabei von einer Vorrichtung sowie einem Verfahren zur Untersuchung von magnetischen Eigenschaften von Objekten, insbesondere von Blattgut, wie beispielsweise Banknoten, mit einer magnetische Domänen aufweisenden magnetooptischen Schicht, deren optische Eigenschaften von den magnetischen Eigenschaften des zu untersuchenden Objekts beeinflußbar sind, mindestens einer Lichtquelle zur Erzeugung von Licht, welches auf die magnetooptische Schicht trifft, und mindestens einem Sensor zum Empfangen von Licht, welches von der magnetooptischen Schicht transmittiert und/ oder reflektiert wird, aus, mit einem sich im wesentlichen parallel zur Fläche der magnetooptischen Schicht ausbreitenden Magnetfeld im Bereich der magnetooptischen Schicht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil auf, daß mit geringerem Aufwand herstellbare magnetooptische Schichten mit magnetischen Domänen verwendet werden können, deren räumliches Auflösungsvermögen durch das sich im wesentlichen parallel zur Fläche des magnetooptischen Schicht ausbreitende Magnetfeld verbessert wird. Zudem können mittels des Magnetfelds auch magnetische Eigenschaften untersucht werden, die nicht ohne weiteres zugänglich sind. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Feldstärke des zur magnetooptischen Schicht parallelen Magnetfelds derart bemessen, daß die magnetischen Domänen stark verkleinert werden.
Dadurch bleibt die hohe Empfindlichkeit der magnetooptischen Schicht mit magnetischen Domänen im wesentlichen erhalten, während durch die starke Verkleinerung der Domänen eine wesentlich höhere räumliche Auflösung erreicht werden kann.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung wird die Feldstärke des zur magnetooptischen Schicht parallelen Magnetfelds derart bemessen, daß die magnetischen Domänen gerade kollabieren.
Dadurch steht ein Meßsignal mit besonders großer Dynamik zur Verfügung, bei sehr hoher räumlicher Auflösung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Feldstärke des zur magnetooptischen Schicht parallelen Magnetfelds derart bemessen, daß keine magnetischen Domänen mehr vorhanden sind.
Dadurch steht eine sehr hohe räumliche Auflösung zur Verfügung, bei ausreichender Empfindlichkeit.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von beigefügten Figuren näher erläutert und beschrieben.
Es zeigt: Figur 1 einen prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Untersuchung von magnetischen Eigenschaften von Objekten,
Figur 2 einen prinzipiellen Aufbau eines in der Vorrichtung nach Figur 1 verwendeten magnetooptischen Detektors,
Figur 3 einen prinzipiellen Verlauf der Empfindlichkeit des Detektors aus Figur 2, in Abhängigkeit von einem parallel zur Fläche des Detektors anliegenden Magnetfeld, und
Figur 4 Magneteinrichtungen für die Erzeugung eines zur Fläche des Detektors nach Figur 2 parallelen Magnetfelds.
Figur 1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung 1 zur Untersuchung von magnetischen Eigenschaften von Objekten.
Unter zu untersuchenden Objekten soll insbesondere Blattgut verstanden werden, wie beispielsweise Banknoten, die magnetische Bestandteile aufweisen. Derartige Bestandteile können Druckfarben mit magnetischen Partikeln, magnetische Sicherheitsfäden usw. sein. Dabei kann es vorgesehen sein, daß die Objekte ohne weiteres zu untersuchende magnetischen Eigenschaften aufweisen, d. h. die Objekte erzeugen selbst ein bestimmtes Magnetfeld. Dazu können die Objekte beispielsweise zumindest Spuren oder bestimmte Anteile von hartmagnetischen Stoffen aufweisen, die z. B. nach einem bestimmten Muster verteilt in und/ oder auf dem Objekt angeordnet sind. Da die hartmagnetischen Stoffe eine bestimmte Remanenz aufweisen, erzeugen sie nach einer einmaligen Ausrichtung ein für die Untersuchung auswertbares Magnetfeld. Ebenso ist es möglich, daß die Objekte nicht ohne weiteres zu überprüfende magnetische Eigenschaften aufweisen, d. h. die Objekte erzeu- gen selbst kein Magnetfeld. Dazu können die Objekte beispielsweise zumindest Spuren oder bestimmte Anteile von weichmagnetischen Stoffen aufweisen, die z. B. nach einem bestimmten Muster verteilt in und/ oder auf dem Objekt angeordnet sind. Da die weichmagnetischen Stoffe keine Remanenz aufweisen, erzeugen sie selbst kein für die Untersuchung auswertbares Magnetfeld. Um ein für die Untersuchung auswertbares Magnetfeld zu erzeugen ist es erforderlich, derartige Objekte für die Dauer der Untersuchung einem Magnetfeld auszusetzen, damit die auf und/ oder im Objekt enthaltenen weichmagnetischen Stoffe sich ausrichten, so daß sie untersucht werden können.
Die Vorrichtung 1 weist einen Detektor 4 auf, der von einer magnetooptischen Schicht mit magnetischen Domänen gebildet wird. Eine Magneteinrichtung 7, 8, die beispielsweise von mindestens einem Permanentmagneten gebildet wird, erzeugt ein Magnetfeld BH, das im Bereich des Detektors 4 parallel zur Oberfläche des Detektors 4 bzw. der magnetooptischen Schicht verläuft. Das Licht mindestens einer Lichtquelle 2 wird mittels eines Polarisators 3 polarisiert. Das polarisierte Licht beleuchtet den Detektor 4, wird von diesem reflektiert und/ oder transmittiert, passiert einen Analysator 5 und wird von mindestens einem Sensor 6 empfangen.
Ein zu untersuchendes Objekt BN, z. B. eine Banknote, wird von einem nicht dargestellten Transportsystem entlang einer Richtung T, im wesentlichen entlang der langen Kanten der BN, an der Vorrichtung 1 vorbei transportiert. Durch das Magnetfeld Bn der Magneteinrichtung 6, 7 wird in und/ oder auf der Banknote BN vorhandenes magnetisches Material derart ausgerichtet, daß dieses ein weiteres Magnetfeld 10 erzeugt. Eine zum Detektor 4 senkrechte Komponente Bi des Magnetfelds 10 bewirkt in der magnetooptischen Schicht des Detektors 4 eine Änderung, insbesondere Drehung, der Polarisa- tionsrichtung des Lichts. Diese Änderung der Polarisationsrichtung wird über eine Änderung der Intensität des Lichts, das den Analysator 5 passiert und von dem oder den Sensoren 6 empfangen wird, für die Untersuchung der magnetischen Eigenschaften des Objekts BN bzw. der Banknote ausgewertet.
In Figur 2 ist der Aufbau des Detektor 4 näher dargestellt. Der Detektor besteht aus einem Substrat 41, auf welchem die magnetische Domänen aufweisende magnetooptische Schicht 42 aufgebracht ist. Auf die magnetooptische Schicht 42 ist eine lichtundurchlässige Schicht 43 aufgebracht von der das von der Lichtquelle 2 stammende Licht gestreut oder reflektiert wird. Das Substrat 41 kann beispielsweise eine einkristalline Scheibe aus Gadolinium- Galliumgranat sein. Die aufgebrachte magnetooptische Schicht 42 ist beispielsweise Yttrium- und/ oder Lutetium-Eisengranat. Dabei können Yttrium und/ oder Lutetium zur Erhöhung der Faraday Drehung teilweise oder vollständig durch Bismut und/ oder Cer ersetzt sein. Ferner können zur Einstellung der magnetischen Anisotropien Yttrium und/ oder Lutetium durch Seltene Erden, wie z.B. Praseodym oder Neodym, ersetzt sein. Zur Einstellung der Magnetisierung kann Eisen durch Gallium und/ oder Aluminium substituiert sein.
Die lichtundurchlässige Schicht wird beispielsweise von Aluminium gebildet. Das von der Lichtquelle 2 stammende Licht, das durch den Polarisator 3 in eine Richtung P polarisiert ist, dringt durch das lichtdurchlässig Substrat 41 in die magnetooptische Schicht 42 ein, in der die Polarisationsrichtung P durch Einwirkung der senkrechten Komponente B des Magnetfelds 10 gedreht wird, wird an der lichtundurchlässigen Schicht 43 reflektiert, erfährt eine weitere Drehung und liegt mit geänderter Polarisationsrichtung P' vor. Die Änderung der Polarisationsrichtung des Lichts wird, wie oben beschrie- ben, von dem oder den Sensoren 6 empfangen und von einer nicht dargestellten Auswerteeinrichtung, z. B. A/D- Wandlern und einem Mikrocomputer, ausgewertet. Auf diese Weise ist es durch den Transport T der Banknote BN vorbei an der Vorrichtung 1 möglich, ein Abbild der magnetischen Eigenschaften der Banknote BN zu erzeugen.
Figur 3 zeigt einen prinzipiellen Verlauf der Empfindlichkeit der magnetooptischen Schicht des Detektors 4, in Abhängigkeit von dem parallel zur Fläche des Detektors 4 anliegenden Magnetfeld Bn.
Bevorzugt wird die Feldstärke des Magnetfelds Bn der Magneteinrichtung 7, 8 so gewählt, daß diese im Bereich einer Feldstärke B||COιι liegt, bei der die magnetischen Domänen der magnetooptischen Schicht 42 kollabieren, d. h. die in der magnetooptischen Schicht 42 verlaufenden Domänen verschwinden, bzw. gehen über in eine einzige, in der magnetooptischen Schicht 42 liegende und parallel zu dieser verlaufende Domäne. Für die oben genannten Materialien der magnetooptischen Schicht 42 kann die Feldstärke BnCoiι im Bereich von 40-100 mT liegen. Aber auch kleinere Feldstärken als 40 mT, sogar Feldstärken unter 1 mT, sind denkbar.
Wird die Feldstärke des Magnetfelds Bn derart gewählt, daß sie im Bereich vor der Feldstärke Bncoii liegt, bei der die magnetischen Domänen kollabieren, steht eine hohe Empfindlichkeit der magnetooptischen Schicht 42 für das zu untersuchende Magnetfeld Bi zur Verfügung. Da die Feldstärke des Magnetfelds Bn jedoch bereits im Bereich vor dem Kollaps der magnetischen Domänen liegt, weisen die magnetischen Domänen eine wesentlich kleinere Struktur auf, als ohne das Magnetfeld Bn, so daß die räumliche Auflösung wesentlich verbessert ist. In diesem Fall können, wie z. B. in der eingangs erwähnten WO 02/052498 A2 beschrieben, Veränderungen der Position einer ersten und/ oder weiterer Beugungsordnungen gemessen werden, welche durch die magnetischen Domänen der magnetooptischen Schicht 42 erzeugt werden, wobei die ein Gitter bildenden magnetischen Domänen durch die magnetische Eigenschaft des zu untersuchenden Objekts BN, d. h. durch das Magnetfeld Bj_, in ihrer Gitterperiode geändert werden. Zur Messung kann vorteilhaft ein positionsempfindlicher Detektor für Licht verwendet werden, beispielsweise ein Quadrantendetektor.
Wird die Feldstärke des Magnetfelds Bn derart gewählt, daß sie der Feldstärke Bncoii entspricht, bei der die magnetischen Domänen kollabieren, steht ein großer Dynamikbereich für das zu untersuchende Magnetfeld B zur Verfügung. Da die Feldstärke des Magnetfelds Bn bereits den Kollaps der magnetischen Domänen verursacht, ist die mögliche räumliche Auflösung wesentlich verbessert.
Wird die Feldstärke des Magnetfelds Bn derart gewählt, daß sie im Bereich nach der Feldstärke B||COιι liegt, bei der die magnetischen Domänen kollabieren, wird aus der magnetooptischen Schicht 42 mit Domänen eine in-plane Schicht hoher Empfindlichkeit für das zu untersuchende Magnetfeld B , weil die Empfindlichkeit im Vergleich nur geringfügig abnimmt. Da durch die Feldstärke des Magnetfelds Bn die magnetischen Domänen kollabiert sind, d. h. verschwunden sind und nur noch eine in-plane Domäne vorliegt, ist prinzipiell eine beliebig hohe räumliche Auflösung möglich.
Figur 4 zeigt verschiedene Ausführungen von Magneteinrichtungen 7, 8 für die Erzeugung des zur Fläche des Detektors 4 parallelen Magnetfelds Bn. Die Figuren 4a und 4b zeigen jeweils Anordnungen der Magneteinrichtung 7, 8 aus zwei Permanentmagneten 7 und 8, die derart angeordnet sind, daß sich im Bereich des Detektors 4 ein möglichst homogenes Magnetfeld Bn ergibt, welches parallel zur Fläche des Detektors 4 verläuft.
Die Figuren 4c und 4d zeigen ebenfalls jeweils Anordnungen der Magneteinrichtung 7, 8 aus zwei Permanentmagneten 7 und 8, mit Maßnahmen 70, 71 zur Homogenisierung des Magnetfelds Bn. Nach Figur 4c ist es vorgesehen, einen stromdurchflossenen Leiter 70, der parallel zum Detektor 4 verläuft anzubringen, dessen Magnetfeld Abweichungen des durch die Permanentmagneten 7, 8 erzeugten Magnetfelds vom gewünschten, parallel zum Detektor 4 verlaufenden Magnetfeld Bn ausgleicht. Zu diesem Zweck ist es in der Ausführung nach Figur 4d vorgesehen, statt eines stromdurchflossenen Leiters einen weiteren Permanentmagneten 71 vorzusehen, der parallel zum Detektor 4 verläuft.
Als weitere Maßnahme zur Homogenisierung des Magnetfeldes ist es sinnvoll, die freien Pole der Permanentmagnete durch weichmagnetische Joche kurzzuschließen.
Figur 4e zeigt eine Ausführungsform der Magneteinrichtung aus vier Permanentmagneten 7, 7', 8 und 8'. Diese Anordnung entspricht einer Helm- holtz- Anordnung und erzeugt ein sehr homogenes Magnetfeld Bn, mit einem sehr guten parallelen Verlauf zur Fläche des Detektors 4.
Es ist offensichtlich, daß auch andere Anordnungen von Magneten für die Magneteinrichtung verwendet werden können, solange diese das gewünschte homogene, parallel zur Fläche des Detektors 4 verlaufende Magnetfeld Bn erzeugen, welches die magnetooptische Schicht 42 durchflutet. Statt Permanentmagneten können auch Elektromagneten verwendet werden.
Bei der Verwendung von Elektromagneten ist es zusätzlich möglich, ein zeitlich veränderliches Magnetfeld Bn(t) anzulegen. Die Verwendung eines zeitlich veränderlichen Magnetfelds Bn(t) ermöglicht es, bei der Auswertung der Meßsignale die Lock-in Technik einzusetzen, bei der die Auswertung der Meßsignale in Abhängigkeit von der zeitlichen Veränderung des Magnetfelds Bn(t) erfolgt. Dadurch kann das Signal-zu-Rausch- Verhältnis der Messung des Magnetfelds Bx wesentlich verbessert werden. Geeignete Frequenzen für das zeitlich veränderliche Magnetfeld Bn(t) liegen im Bereich über 10 kHz. Das beschriebene zeitlich veränderliche Magnetfeld Bn(t) kann mittels Elektromagneten erzeugt werden und eine Feldstärke aufweisen, welche im Bereich der oben beschriebenen Feldstärke Bncoii liegt. Die erforderliche Feldstärke im Bereich von BnCoiι kann aber auch durch einen zeitlich konstanten Anteil Bn und einen zeitlich veränderlichen Anteil Bn(t) erzeugt werden. Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, daß für das Verhältnis der Anteile gilt: Bn > Bn(t). Als weitere Variante ist es möglich, den zeitlich nicht variablen Anteil Bn mittels Permanentmagneten zu erzeugen.
Figur 4f zeigt eine mögliche Anordnung von Elektromagneten 7" und 8", für die Erzeugung eines Magentfelds Bn, das auch, wie zuvor beschrieben, mindestens einen zeitlich veränderlichen Anteil Bn(t) enthalten kann. Die Elek- tromagnete 7", 8" können auch Eisenkerne aufweisen. Die Elektromagnete 7", 8" können auch zusätzlich zu den in den Figuren 4a bis 4e gezeigten Permanentmagneten 7, 7', 8, 8' verwendet werden. Wie oben beschrieben, werden die sich durch die Drehung der Polarisationsrichtung ergebenden Intensitässchwankungen des Lichts von dem Sensor 6 ausgewertet, um ein Abbild der magnetischen Eigenschaften des Objekts BN zu erzeugen. Dazu weist sowohl der Detektor 4 als auch der Sensor 6 eine zellenförmige Struktur auf, wobei die Länge von Detektor 4 und Sensor 6 mindestens einer Abmessung des Objekts BN entspricht, damit dieses vollständig untersucht werden kann. Detektor 4 und Sensor 6 können jeweils aus einzelnen Elementen bestehen, die zeilenförmig angeordnet sind, sie können aber auch jeweils aus einem einzigen Element bestehen, z. B. kann der Sensor 6 von einer CCD-Zeile gebildet werden. Gleiches gilt für Lichtquelle 2, Polarisator 3, Analysator 5 und Magneteinrichtung 7, 8, d. h. auch diese können aus einzelnen Elementen bestehen, die zeilenförmig angeordnet werden oder aus einzelnen Elementen entsprechender Größe.
Statt des beschriebenen zeilenf örmigen Aufbaus der Bestandteile der Vorrichtung 1, kann auch ein punktförmiger Aufbau vorgesehen sein, der die Untersuchung eines oder mehrerer bestimmter Punkte des Objekts BN ermöglicht. Ebenso kann ein zweidimensionaler Aufbau für die Bestandteile der Vorrichtung 1 vorgesehen sein, so daß das Objekt BN ganz oder bereichsweise untersucht werden kann.
Abweichend von der obigen Beschreibung der Vorrichtung 1, bei der das zu untersuchende Objekt BN zur Untersuchung an der Vorrichtung 1 vorbei transportiert wird, kann eine Untersuchung auch ohne Relativbewegung zwischen Vorrichtung 1 und Objekt BN erfolgen.
Besondere Bedeutung hat die Wahl der Wellenlänge des von der Lichtquelle 2 erzeugten Lichts. Licht großer Wellenlänge erfährt nämlich nur eine ge- ringfügige Drehung der Polarisationsrichtung in der magnetooptischen Schicht 42, wohingegen Licht geringer Wellenlänge in großem Umfang von der magnetooptischen Schicht absorbiert wird. Aus diesem Grund hat sich eine Lichtquelle 2 mit einer Wellenlänge im Bereich von 550-650 nm, insbesondere etwa 590 nm, besonders bewährt.
Statt des beschriebenen Aufbaus des Detektors 4, bei welchem das vom Detektor 4 reflektierte Licht von den Sensoren 6 empfangen und ausgewertet wird, kann bei einem anderen Aufbau auch durch den Detektor 4 transmit- tiertes Licht von den Sensoren 6 empfangen werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur Untersuchung von magnetischen Eigenschaften von Objekten (BN), insbesondere von Blattgut, wie Banknoten, mit einer magnetische Domänen aufweisenden magnetooptischen Schicht (42), deren optische Eigenschaften von den magnetischen Eigenschaften des zu untersuchenden Objekts (BN) beeinflußbar sind, mindestens einer Lichtquelle (2) zur Erzeugung von Licht, welches auf die magnetooptische Schicht (42) trifft, und mindestens einem Sensor (6) zum Empfang von Licht, welches von der magnetooptischen Schicht (42) transmittiert und/ oder reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) eine Magneteinrichtung (7, 8) aufweist, welche ein zur Fläche der magnetooptischen Schicht (42) im wesentlichen paralleles Magnetfeld (Bn) erzeugt, welches die magnetooptische Schicht (42) durchflutet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Magneteinrichtung (7, 8) erzeugte Magnetfeld (Bn) eine Feldstärke aufweist, die um weniges kleiner als eine Feldstärke (Bncoii) ist, bei der die magnetischen Domänen der magnetooptischen Schicht (42) kollabieren.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Magneteinrichtung (7, 8) erzeugte Magnetfeld (Bn) eine Feldstärke aufweist, die etwa einer Feldstärke (B||COιι) entspricht, bei der die magnetischen Domänen der magnetooptischen Schicht (42) kollabieren.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Magneteinrichtung (7, 8) erzeugte Magnetfeld (Bn) eine Feldstärke aufweist, die um weniges größer als eine Feldstärke (Bn∞ιι) ist, bei der die magnetischen Domänen der magnetooptischen Schicht (42) kollabieren.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke ( \\∞\\), bei der die magnetischen Domänen der magnetooptischen Schicht (42) kollabieren, unter 100 mT liegt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transportsystem das Objekt (BN) zur Untersuchung an der Vorrichtung vorbei transportiert.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Vorrichtung (1) mindestens einer Abmessung des Objekts (BN) entspricht.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetooptische Schicht (42) aus magnetischem Eisengranat besteht, wobei zur Einstellung der magnetischen und magnetooptischen Eigenschaften andere Elemente wie Bismut, Cer, Seltene Erden, Gallium und/ oder Aluminium eingebaut sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneteinrichtung (7, 8) aus Permanentmagneten und/ oder Elektromagneten besteht.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneteinrichtung (7, 8) ein zeitlich variables Magnetfeld (Bn(t)) und/ oder ein zeitlich nicht variables Magnetfeld (Bn) erzeugt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (BN) hart- und/ oder weichmagnetische Materialien aufweist.
12. Verfahren zur Untersuchung von magnetischen Eigenschaften von Objekten (BN), insbesondere von Blattgut, wie Banknoten, mit einer magnetische Domänen aufweisenden magnetooptischen Schicht (42), deren optische Eigenschaften von den magnetischen Eigenschaften des zu untersuchenden Objekts (BN) beeinflußbar sind, wobei die magnetooptische Schicht (42) mit Licht beleuchtet wird, und das von der magnetooptischen Schicht (42) transmittierte und/ oder reflektierte Licht ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Fläche der magnetooptischen Schicht (42) im wesentlichen paralleles Magnetfeld (Bn) erzeugt wird, welches die magnetooptische Schicht (42) durchflutet.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld (Bn) eine Feldstärke aufweist, die um weniges kleiner als eine Feldstärke (Bncoii) ist, bei der die magnetischen Domänen der magnetooptischen Schicht (42) kollabieren.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld (Bn) eine Feldstärke aufweist, die etwa einer Feldstärke (Biicoii) entspricht, bei der die magnetischen Domänen der magnetooptischen Schicht (42) kollabieren.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld (Bn) eine Feldstärke aufweist, die um weniges größer als eine Feldstärke (Bncoii) ist, bei der die magnetischen Domänen der magnetooptischen Schicht (42) kollabieren.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld einen zeitlich variablen Anteil (Bn(t)) und/ oder einen zeitlich nicht variablen Anteil (Bn) aufweist.
17. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Position einer ersten und/ oder weiterer Beugungsordnungen gemessen werden, welche durch die magnetischen Domänen der magnetooptischen Schicht (42) erzeugt werden, wobei die ein Gitter bildenden magnetischen Domänen durch die magnetische Eigenschaft des zu untersuchenden Objekts (BN) in ihrer Gitterperiode geändert werden.
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