Banknoten. Die Vorrichtungen umfassen eine magnetooptische Schicht, de- ren optische Eigenschaften von den magnetischen Eigenschaften des Objekts beeinflußbar sind, eine Lichtquelle zur Erzeugung von Licht, welches in die magnetooptische Schicht eingekoppelt wird, und einen Detektor zur Detek- tion 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 automatisier- ten Banknotenprüfung in Banknotenbearbeitungsmaschinen werden daher Banknoten auch auf ihre magnetischen Eigenschaften hin untersucht, um gefälschte oder fälschungsverdächtige von echten Banknoten zu unterschei- den.

Die Untersuchung der magnetischen Eigenschaften von Banknoten erfolgt hierbei meist unter Verwendung von induktiven Meßköpfen, Hall-Elemen- ten 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 19718122 A1 bekannt. Eine magnetooptische Reflektorschicht mit hohem magnetischen 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 Reflektor- schicht gebracht, so beeinflussen die magnetischen Streuflüsse der magneti- schen 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 magneti- schen Eigenschaften des Blattguts geschlossen werden.

Gegenüber anderen Meßverfahren und-anordnungen, z. B. induktiven Meß- köpfen, hat die Verwendung von magnetooptischen Schichten den Vorteil, daß diese eine hohe Ortsauflösung erlauben und die Messung der magneti- schen Flüsse unabhängig von der Geschwindigkeit der Banknote relativ zum Meßsystem ist.

Bei der maschinellen Untersuchung der magnetischen Eigenschaften von Banknoten tritt insbesondere das Problem auf, daß sehr kleine Magnetfluß- dichten 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 Berei- chen der Banknoten verursachten Streuflüsse sehr klein sind, und zum ande- ren die typischen Abstände zwischen Banknote und magnetooptischer Schicht aufgrund der bei Banknotenbearbeitungsmaschinen geforderten ho- hen 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 erhöh- te Staugefahr zur Folge hätte.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen sowie ein Verfah- ren anzugeben, welche eine genauere und zuverlässigere Untersuchung ma- gnetischer Eigenschaften von Blattgut erlauben.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 oder 9 sowie durch das Verfahren gemäß dem Anspruch 17 gelöst.

Den Lösungen der Aufgabenstellung durch die Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 9 liegt der gemeinsame erfinderische Gedanke zugrunde, die Veränderung, d. h. Drehung, der Polarisationsrichtung des in die magne- tooptische Schicht eingekoppelten Lichts zu vergrößern. Hierdurch wird die Empfindlichkeit der Meßvorrichtung erhöht, so daß selbst sehr kleine Ma- gnetfelder mit einer ausreichend hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit untersucht werden können. Die Drehung der Polarisationsrichtung wird bei der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch vergrößert, daß die optische Weglänge des die magnetooptische Schicht durchlaufenden Lichts erhöht wird. Bei der Vorrichtung gemäß Anspruch 9 wird dies durch einen geeigne- 'ten Aufbau des aus magnetooptischer Schicht und Substrat bestehenden Sy- stems erreicht.

Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, daß die Lichtquelle und die magnetoop- tische Schicht so angeordnet sind, daß die Ausbreitungsrichtung des in die Schicht eingekoppelten Lichts im wesentlichen parallel zu einer Grundfläche der magnetooptischen Schicht verläuft. Parallel zur Grundfläche der Schicht verlaufen im Sinne der Erfindung auch solche Lichtstrahlen, welche gering- fügig, d. h. bis zu einem Winkel von einigen Grad, gegenüber der Grundflä- che der Schicht geneigt sind.

Bekanntlich ist der Winkel der Polarisationsdrehung beim magnetooptischen Faraday-Effekt proportional zur optischen Weglänge des das magnetoopti- sche Material durchlaufenden Lichts. Durch die erfindungsgemäße Ein- kopplung des Lichts im wesentlichen parallel zur Schicht erhöht sich der optische Weg des Lichts gegenüber der aus dem Stand der Technik bekamt- ten Einkopplung im wesentlichen senkrecht zur Grundfläche um mehrere Größenordnungen. Dementsprechend vergrößert sich der Winkel der Polari- sationsdrehung, so daß eine deutliche Empfindlichkeitssteigerung erreicht wird.

Gemäß Anspruch 9 ist vorgesehen, daß die magnetooptische Schicht zumin- dest teilweise aus Eisen-Granaten besteht und auf einem Substrat aufge- bracht ist, welches zumindest teilweise aus Gallium-Granaten besteht, wobei in den Gallium-Granaten des Substrats Sauerstoff zumindest teilweise durch Schwefel substituiert ist. Eisen-Granate werden durch Verbindungen auf der Basis von Eisen-Granat (RE3Fe5O12) gebildet, wobei RE3 drei Seltenerdmetall- Elemente umfaßt und Eisen (Fe) und/oder Sauerstoff (O) zumindest teilwei- se durch jeweils ein oder mehrere andere Elemente substituiert werden kön- nen. Bei Gallium-Granaten handelt es sich um Verbindungen auf der Basis von Gallium-Granat (RE3Gas012), wobei RE3 drei Seltenerdmetall-Elemente umfaßt und Gallium (Ga) und/oder Sauerstoff (O) zumindest teilweise durch jeweils ein oder mehrere andere Elemente substituiert werden kön- nen.

Durch die zumindest teilweise Substitution von Sauerstoff im Substrat durch Schwefel wird die Gitterkonstante des Substrats vergrößert, was wiederum eine Substitution von Seltenerdmetallen, z. B. Yttrium, in der magnetoopti- schen Schicht durch empfindlichkeitssteigernde Elemente, insbesondere Wismut, mit größerem Atom-und/oder Ionenradius ermöglicht. Auf diese Weise kann der Winkel der Polarisationsdrehung, welcher beim magnetoop- tischen Faraday-Effekt proportional zu einer von der Zusammensetzung des magnetooptischen Materials beeinflußten Materialkonstante ist, deutlich vergrößert werden.

Insgesamt läßt sich mit den Vorrichtungen gemäß Anspruch 1 bzw. 9 eine genauere und zuverlässigere Untersuchung selbst sehr kleiner Magnetfelder, insbesondere auf Banknoten, durchführen. Gleichzeitig ist aufgrund der ho- hen Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ein relativ gro- ßer Abstand zwischen Banknote und magnetooptischer Schicht möglich, wodurch hohe Transportgeschwindigkeiten der zu untersuchenden Bankno- ten bei geringerem Verschleiß und deutlich reduzierter Staugefahr erreicht werden können.

Durch die erfindungsgemäßen Vorrichtungen lassen sich außerdem hohe räumliche Auflösungen erreichen, so daß diese besonders geeignet sind zur Untersuchung der magnetischen Eigenschaften von mit magnetischer Tinte erzeugten Druckbildern, von magnetischen Schichten oder von magneti- schen, insbesondere unterbrochenen oder kodierten, Sicherheitsfäden oder Sicherheitsbändern auf bzw. in Banknoten oder Sicherheitsdokumenten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in Figuren dargestellten Aus- führungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit parallel zur Grundfläche der magnetooptischen Schicht verlaufendem Licht ; Fig. 2 ein Beispiel für eine im wesentlichen parallel zur Grundfläche der Schicht verlaufende Lichtausbreitung bei seitlicher Einkopplung ; Fig. 3 ein weiteres Beispiel für eine im wesentlichen parallel zur Grundflä- che der Schicht verlaufende Lichtausbreitung bei Einkopplung über eine Grundfläche der Schicht ; und Fig. 4 eine Vorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Aufbau des Substrat- Schicht-Systems.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit parallel zu einer Grundfläche 9 der magnetooptischen Schicht 10 verlaufendem Licht. Eine Banknote 20 mit einem magnetischen Bereich 21 wird mittels eines-nur andeutungsweise dargestellten-Transportsystems 30 in die Nähe der magnetooptischen Schicht 10 transportiert. Die Lichtquelle 11, bevorzugterweise ein Laser oder eine Laserdiode, die magnetische Schicht 10 sowie der Detektor 13, vor- zugsweise eine Photodiode, sind hierbei so angeordnet, daß die Ausbrei- tungsrichtung des in die Schicht 10 eingekoppelten Lichts im wesentlichen parallel zur Grundfläche 9 der Schicht 10 verläuft und das aus der Schicht 10 austretende Licht vom Detektor 13 detektiert werden kann. Im Sinne der Erfindung ist unter einer im wesentlichen parallelen Ausbreitung auch zu verstehen, daß die magnetooptische Schicht 10 geringfügig, d. h. wenige Winkelgrade, gegenüber dem eingekoppelten Lichtstrahl 16 geneigt sein kann, um einen möglichst großen optischen Weg des eingekoppelten Lichts durch die Schicht 10 zu erreichen. Zwischen magnetooptischer Schicht 10 und Lichtquelle 11 bzw. Detektor 13 ist jeweils ein Polarisationsfilter 14 bzw.

15 angeordnet. Das von dem Polarisationsfilter 14 durchgelassene Licht hat vor dem Eintritt in die magnetooptische Schicht 10 eine definierte Polarisati- on 1. Je nach Verlauf und Stärke des vom magnetischen Bereich 21 der Banknote 20 herrührenden magnetischen Streufeldes werden die optischen Eigenschaften der magnetooptischen Schicht 10 beeinflußt und infolgedessen die Polarisationsdrehung des die Schicht durchlaufenden Lichts verändert (Faraday-Effekt). Nach dem Durchlaufen der Schicht weist das Licht eine Polarisation 2 auf, welche i. a. gegenüber der Polarisation 1 des eintretenden Lichts 16 um einen Polarisationswinkel 0 gedreht ist. Je nach Größe des Pola- risationswinkels 0 und Stellung des Polarisationsfilters 15 variiert die mit dem Detektor 13 detektierte Intensität, aus welcher dann auf die magneti- schen Eigenschaften der untersuchten Banknote 20 geschlossen werden kann.

Figur 2 zeigt ein Beispiel für eine im wesentlichen parallel zur Grundfläche 9 der Schicht 10 verlaufende Ausbreitungsrichtung des eingekoppelten Lichts.

Das einzukoppelnde Licht 16 trifft im Bereich einer Seitenfläche 7 auf die magnetooptische Schicht 10 und schließt mit dem parallel zur Grundfläche 9 verlaufenden Lot 5 einen flachen Winkel a ein, welcher typischerweise im Bereich zwischen etwa 0 und 12 Grad liegt. Auf das in dieser Weise einge- koppelte Licht wirkt die Schicht 10 dann wie ein Wellenleiter, an dessen Grenzflächen, d. h. Grundflächen 9, das schräg einfallende Licht mit ver- nachlässigbaren Verlusten reflektiert wird und sich dabei im wesentlichen parallel zur Grundfläche 9 der Schicht 10 ausbreitet. Die Reflexion erfolgt im dargestellten Beispiel an der Grenzfläche zwischen der Schicht 10 und der Umgebung bzw. dem Substrat 8.

Wie in Figur 3 dargestellt, kann das Licht alternativ auch im Bereich einer Grundfläche 9 der Schicht 10 eingekoppelt werden. In diesem Beispiel ist der Winkel, den das einzukoppelnde Licht 16 mit der Grundfläche 9 ein- schließt, entsprechend klein zu wählen, d. h. kleiner als etwa 10 Grad, um einen möglichst langen optischen Weg in der Schicht 10 bei gleichzeitig ge- ringen Verlusten durch Mehrfachreflexionen zu erreichen. Ist das Substrat 8, auf welchem sich die magnetooptische Schicht 10 befindet, für das einzu- koppelnde Licht 16 durchlässig, so kann die Einkopplung auch über das Substrat 8 erfolgen.

Figur 4 zeigt die Ausfüluungsform einer Vorrichtung mit einem aus dem Substrat 8 und der Schicht 10 bestehenden Substrat-Schicht-System, welches die erfindungsgemäße Zusammensetzung aus Gallium-bzw. Eisen-Granaten aufweist, wobei in den Gallium-Granaten des Substrats 8 Sauerstoff zumin- dest teilweise durch Schwefel substituiert ist. Da in dieser Zusammenset- zung des Substrat-Schicht-Systems die Empfindlichkeit der magnetoopti- schen Schicht deutlich erhöht ist, insbesondere bei einer Substitution von Seltenerdmetall-Elementen der Schicht 10 durch Wismut, ist bereits ein rela- tiv kurzer optischer Weg des eingekoppelten Lichts durch die Schicht 10 aus- reichend, um eine große Zuverlässigkeit und Genauigkeit bei der Untersu- chung kleiner Magnetfelder zu gewährleisten. Daher sind in diesem Beispiel die Lichtquelle 11 und die magnetooptische Schicht 10 so angeordnet, daß das einzukoppelnde Licht 16 in einem steilen Winkel, welcher typischerwei- se zwischen 70 und 90 Grad liegt, zur Grundfläche 9 der Schicht 10 einge- koppelt wird. Wie in Figur 1 ist auch in diesem Ausführungsbeispiel ein Transportsystem 30, welches eine Banknote 20 mit einem magnetischen Be- reich 21 an der Schicht 10 vorbeitransportiert, vorgesehen. Darüber hinaus sind ebenfalls zwischen der magnetooptischen Schicht 10 und der Licht- quelle 11 bzw dem Detektor 13 Polarisationsfilter 14 bzw. 15 angeordnet, um die durch die Schicht 10 verursachte Drehung der Polarisationsrichtung des Lichts analysieren zu können.

Im dargestellten Beispiel der Figur 4 ist das Substrat 8 für das einzukoppeln- de Licht 16 durchlässig. Die vom Substrat 8 abgewandte Grundfläche 9 der magnetooptischen Schicht 10 ist außerdem mit einer Verspiegelung 6 verse- hen. Das eingekoppelte Licht durchläuft zuerst das Substrat 8 und dann die Schicht 10, wird anschließend an der Verspiegelung 6 reflektiert und kann nach einem weiteren Durchlauf durch die Schicht 10 und das Substrat 8 vom Detektor 13 detektiert werden.

Alternativ kann die Schicht 10 auch auf ein für das eingekoppelte Licht un- durchlässiges Substrat 8 aufgebracht sein (nicht dargestellt). In diesem Fall erfolgt die Einkopplung direkt in die Schicht 10. Das die Schicht 10 durclilau- fende Licht wird dann an der Grenzfläche zwischen Schicht 10 und Substrat 8 zumindest teilweise reflektiert und kann nach abermaligem Durchlauf durch die Schicht 10 vom Detektor 13 detektiert werden.

Die magnetooptische Schicht 10 wird im allgemeinen auf ein kristallines Substrat 8 durch verschiedene chemische oder physikalische Techniken, wie z. B. Flüssigphasen-Epitaxie oder PVD-Prozesse wie Sputtern oder Laserabla- tion, aufgebracht und besteht bevorzugterweise aus Eisen-Granaten. Bei Ei- sen-Granaten im Sinne der Erfindung handelt es sich um Verbindungen auf der Basis von Eisen-Granat (RE3Fe5O12), wobei RE3 drei Seltenerdmetall- Elemente umfaßt, insbesondere Yttrium (Y), Thulium (Tm) oder Lutetium (Lu), und wobei Eisen (Fe) und/oder Sauerstoff (O) zumindest teilweise durch jeweils ein oder mehrere andere Elemente substituiert werden kön- nen. Bei den drei Seltenerdmetall-Elementen (REs) kann es sich um drei iden- tische Seltenerdmetall-Elemente aber auch um eine beliebige Kombination aus unterschiedlichen Seltenerdmetall-Elementen handeln.

Als Material für das Substrat werden bevorzugterweise Gallium-Granate verwendet. Im Sinne der Erfindung sind hierunter Verbindungen auf der Basis von Gallium-Granat (RE3Ga5O12) zu verstehen, wobei RE3 drei Sel- tenerdmetall-Elemente umfaßt, insbesondere Scandium (Sc), Samarium (Sm), Gadolinium (Gd), Thulium (Tm) oder Lutetium (Lu), und wobei Gallium (Ga) und/oder Sauerstoff (O) teilweise durch jeweils ein oder mehrere ande- re Elemente substituiert werden können. Bei den drei Seltenerdmetall- Elementen (REs) kann es sich um drei identische Seltenerdmetall-Elemente aber auch um eine beliebige Kombination aus unterschiedlichen Seltenerd- metall-Elementen handeln.

Zur Erhöhung der Empfindlichkeit der magnetooptischen Schicht kann mindestens ein Seltenerdmetall-Element (RE), insbesondere Yttrium (Y), in den Eisen-Granaten zumindest teilweise durch Wismut (Bi) substituiert wer- den.

Mit zunehmender Substituierung von Seltenerdmetallen (RE), insbesondere Yttrium (Y), durch Wismut (Bi) nimmt allerdings die Gitterfehlanpassung von Substrat und magnetooptischer Sicht zu, was zu Spannungen und Ver- setzungen in der magnetooptischen Schicht führen kann und der Zunahme der Empfindlichkeit der magnetooptischen Schicht entgegenwirkt. Diese Git- terfehlanpassung kann beispielsweise dadurch herabgesetzt werden, daß in den Gallium-Granaten des Substrats Sauerstoff (O) zumindest teilweise durch Schwefel (S) substituiert wird. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann dies auch dadurch erreicht werden, da# in den Gallium-Granaten des Sub- strats Gallium (Ga) und/oder zumindest ein Seltenerdmetall-Element (RE) zumindest teilweise durch Kalzium (Ca) und/oder Magnesium (Mg) und/oder Zirkon (Zr) substituiert wird.

Die Gitterfehlanpassung zwischen dem Substrat und einer magnetoopti- schen Schicht 10 auf der Basis von Eisen-Granaten kann auch dadurch redu- ziert werden, daß Eisen (Fe) in der magnetooptischen Schicht 10 zumindest teilweise durch Gallium (Ga) und/oder Al3+-Ionen substituiert wird.

Folgende Tabelle zeigt drei Beispiele (1 bis 3) für Schichtsysteme aus einer magnetooptischen Schicht und einem entsprechend angepaßten Substrat : Magnetooptische Schicht Substrat YBi2Fe3, 8Gal, 2012 Gd3Ga5 (MgZr, Ca) SI2 2 Lu3-xBixFe5-y-zGayAlzOi2, mit GdsGa5 (Mg, Zr, Ca) 012 0,5<x<2 ; 0<y<2 und 0<z<1. 3 Lu3-xBixFe3,8Ga1,2O12, mit Gd3Ga5 (Mg, Zr, Ca) 0. 12 oder 1<x<1, 4 Gd3Gas (Mg, Zr, Ca) S12 In den magnetooptischen Schichten aller Beispiele 1 bis 3 ist das Seltener- metall-Element, Yttrium (Y) bzw. Lutetium (Lu), der Eisen-Granate teilweise durch Wismut (Bi) substituiert, um eine Vergrößerung der Empfindlichkeit der Schicht zu erreichen. In den gezeigten Beispielen ist außerdem Eisen (Fe) teilweise durch Gallium (Ga) ersetzt, in Beispiel 2 ist Eisen (Fe) zusätzlich zum Teil durch Aluminium (Al3+) substituiert, um die Gitterfehlanpassung zum Substrat zu reduzieren. Die angegebenen Größenbereiche der Indizes x, y und z in den Beispielen 2 und 3 erlauben eine Vielzahl realisierbarer Zu- sammensetzungen der magnetooptischen Schichten.

Bei den Substraten handelt es sich in allen gezeigten Beispielen um Gadoli- nium-Gallium-Granate, in deren Gitter Magnesium (Mg), Zirkon (Zr) und Kalzium (Ca) eingebaut sind. Prinzipiell können anstelle von Gadolinium (Gd) auch andere Seltenerdmetalle, insbesondere Samarium (Sm), eingesetzt werden. Zur verbesserten Gitteranpassung an die jeweilige magnetooptische Schicht wurde in den Substratschichten der Beispiele 1 und 3 Sauerstoff (O) durch Schwefel (S) ersetzt.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Lichtquelle 11 und die magnetooptische Schicht 10 vorzugsweise so angeordnet, daß das von der Lichtquelle 11 ausgehende Licht 16 im Brewsterwinkel auf die ma- gnetooptische Schicht 10 trifft. Der Brewsterwinkel ist derjenige Winkel, des- sen Tangens gleich dem Brechungsindex der mägnetooptischen Schicht 10 ist. Ein Teil des im Brewsterwinkel auf die magnetooptische Schicht 10 tref- fenden Lichts 16 wird reflektiert und weist eine senkrecht zur Einfallsebene stehende Polarisation, sog. s-Polarisation, auf, während der andere Teil des im Brewsterwinkel einfallenden Lichts 16 in die Schicht hinein gebrochen wird und eine parallel zur Einfallsebene stehende Polarisation, sog. p- Polarisation, aufweist.

Der Brewsterwinkel liegt vorzugsweise zwischen etwa 60 und 70 Grad. Bei typischen Brechungsindizes der verwendeten Granate zwischen etwa 2,2 und 2,4 liegt dieser insbesondere zwischen etwa 66, 5 und 67, 4 Grad.

Vorzugsweise weist das im Brewsterwinkel auf die magnetooptische Schicht 10 treffende Licht 16 eine zur Einfallsebene parallele Polarisation, sog. p-Polarisation, auf. In diesem Fall wird nahezu kein Licht reflektiert und fast das gesamte auf die magnetooptische Schicht 10 treffende Licht in die Schicht eingekoppelt. Auf diese Weise wird eine besonders effektive Licht- einkopplung erreicht, ohne daß eine Antireflex-Beschichtung der Schicht 10 erforderlich wäre.