CN104949921A - 用于测量试样的偏振光学性质的光学测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明记载了一种用于测量试样的偏振光学性质的光学测量系统(100-600，800)，其具有：(a)光源(130)，该光源用于沿着光学测量系统(100-600，800)的分析光路(130a)的光学轴发出测量光(130a)，(b)偏振状态发生器(PSG)，该发生器在光源(130)下游布置于分析光路(130a)中并且被配置为测量光(130a)提供限定的偏振状态，(c)试样容器(150)，该试样容器在偏振状态发生器(PSG)下游布置在分析光路(130a)中并且为接纳待测试样而形成，(d)偏振状态分析器(PSA)，该分析器在试样容器(PSA)下游布置在分析光路(130a)中并被配置为测量穿过试样后测量光(130a)的偏振状态，以及(e)机械支架结构(120，220，520a-c，620a-b，820)，在该支架结构上至少直接安置偏振状态发生器(PSG)、试样容器(150)以及偏振状态分析器(PSA)。还记载了用于制造这种光学测量系统(100-600，800)的方法。

Description

用于测量试样的偏振光学性质的光学测量系统

技术领域

本发明涉及用于测量试样(特别是液体试样)的偏振光学性质的光学测量系统。

背景技术

作为偏振计形成的光学测量系统可以测量试样的不同的偏振光学性质。在最简单的情况下，测量由试样的光学活性导致的线性偏振光的振荡平面的变化，即所谓的旋光。然而也可以测量试样的其它偏振光学性质，乃至于完全确定所谓的米勒矩阵，该矩阵是用于斯托克斯向量的变换矩阵。斯托克斯向量以已知的方式描述电磁波的偏振状态。米勒矩阵将各个试样就其与电磁波的相互作用进行表征。米勒矩阵尤其描述电磁波的偏振状态的变化，例如在试样界面上反射的情况下或者在电磁波穿过试样透射的情况下。

用于测量试样的偏振光学性质的偏振计包括机械支架结构，在该支架结构上通过合适的夹具安装与测量有关的组件。这些组件包括光源，该光源沿着偏振计的光学轴发出准直的测量光。为了产生准直的测量光，可以使用光阑和/或透镜。测量光穿过偏振状态发生器(PSG)，该偏振状态发生器产生测量光的限定的偏振状态。此后，测量光透射待检验的试样。在液体试样的情况下，试样存在于样品池中。测量光的偏振状态在穿过试样的过程中被改变并通过偏振状态分析器(PSA)进行检测。

为了达到测量精度，对偏振计的结构的机械稳定性提出了最高的要求。尤其是，必须避免制约精度的元件PSG和PSA之间的扭转。这可以通过相应地以单体方式实施的机械支架结构来实现，在该支架结构上安装制约偏振计的测量精度的组件。以单体方式实施的支架结构导致相关的偏振计不仅特别重，而且还具有相对较大的结构形式。

本发明基于如下的任务：优化光学测量系统的结构，以使得它可以以简单的方式以紧凑的结构形式实现。

发明内容

该任务通过独立权利要求的主题得以解决。本发明的有利实施方案记载于从属权利要求中。

根据本发明的第一方面，记载了用于测量试样的偏振光学性质的光学测量系统。该光学测量系统具有(a)光源，该光源设置为用于沿着光学测量系统的分析光路的光学轴发出测量光，(b)偏振状态发生器，该发生器在光源下游布置于分析光路中并且被配置为为测量光提供限定的偏振状态，(c)试样容器，该试样容器在偏振状态发生器下游布置在分析光路中并且被形成为接纳待测试样，(d)偏振状态分析器，该分析器在试样容器下游布置在分析光路中并被配置为测量穿过试样后测量光的偏振状态，以及(e)机械支架结构，在该支架结构上至少直接安置偏振状态发生器、试样容器以及偏振状态分析器。

所描述的光学测量系统基于如下认识：通过将至少一些组件、尤其是光学组件直接布置并固定在机械支架结构上，可以将作为偏振计形成的光学测量系统以特别紧凑的结构形式实现。直观地说，偏振计所需的大部分传感器以及待测试样可以座落在机械支架结构上。由此，以简单的方式改善了整个光学测量系统的机械稳定性并且可以在较轻的结构形式的情况下降低易震动性以及特别是易扭转性。特别是，偏振状态发生器(PSG)和偏振状态分析器(PSA)之间的相对扭转的高易感性将导致测量精度的显著恶化。

概念“测量光”在本文中指的是任何种类的电磁辐射，该电磁辐射可与偏振光学试样发生相互作用以使得在穿过试样的过程中该电磁辐射的偏振发生改变。该测量光可以具有大程度的单色辐射或者具有不同波长的宽波段辐射。该测量光可以具有任何可见和不可见光谱区域中的辐射。优选地，测量光对于人眼是可见的。然而，测量光也可以是红外或紫外测量光。当然，所述光学测量系统的所应用的光学组件的类型应当适配于测量光的光谱。因此概念“光”或“光学”在本文中要做宽泛的解释，不局限于人眼可见的光谱区域。

概念“下游”在本文中指的是沿着分析光路的光学轴的方向，光学测量系统中的测量光沿着该方向传播。

机械支架结构的概念可以理解为任何实体形成的基础元件，该基础元件具有所需的机械稳定性，以将光学测量系统的相关组件彼此保持在精确限定的相对空间位置上。机械支架结构可以由单体部件例如单块(金属)板组成，或者可以具有这样的单体部件。作为替代或者组合，机械支架结构也可以具有具有尽可能高的机械稳定性的机架结构。这种机架结构例如用于光学实验，在该光学实验过程中将多个光学组件例如通过预先打孔的并设有螺纹的孔进行固定，并且可以以简单的方式通过相应的螺纹连接的拆开而固定在机架结构表面上的另一位置。

因为按照本发明机械支架结构将光学测量系统的光学组件固定，也可以将所述支架结构称为所谓的光具座。由于将光学测量系统的光学组件直接布置在光具座上，在本文中也将机械支架结构称为整体光具座(IOB)。

“直接安置”在本文中尤其可以指将相关组件在没有底座结构(该底座结构将相关组件与机械支架结构(的表面)间隔开)的情况下安置在机械支架结构上。然而应当指出，各个组件也可以具有外壳。在这种情况下，不是光学组件的各个光学元件本身而是相关光学组件的外壳直接固定在机械支架结构上。

应当指出，不是所有的组件都必须安装在机械载体结构上。将安装稳定性制约光学测量系统的测量精度的那些组件安装在机械支架结构上即可。因此，例如光源可以具有光发生元件，例如激光器或发光二极管，以及光源导线，其中可以另外安装光发生元件(必要的情况下包括波长选择元件)，并且由光发射元件产生的测量光通过光源导线引入光学测量系统的分析光路中。

还应当指出的是，光源和PSG也可以通过总的光学组件实现。这种总的光学组件可以例如是激光器，该激光器已发出线性偏振的激光，该激光构成具有限定的偏振状态的测量光。

PSA同样可以由多个光学组件或光电组件组成。尤其是，偏振状态分析器可以具有光检测器和仅仅允许具有特定偏振的光入射到光检测器上的光学元件。

根据本发明的一种实施例，光学测量系统进一步具有外壳，该外壳至少将偏振状态发生器和偏振状态分析器包围，其中试样容器存在于该外壳外部。

试样容器在外壳外部的布置具有如下优点：待测量的试样可以以简单的方式与另一个将通过随后的测量过程进行测量的试样进行交换。同时，将所述光学测量系统的核心光学组件PSG和PSA(它们是光学测量系统的通常很敏感的组件)通过外壳保护以免受不期望的外界影响。

试样容器可以尤其存在于外壳的外壁上，以使得所述的光学测量系统可以进一步以特别紧凑的结构形式实现。

为了实现根据本发明的试样容器在机械支架结构上的直接布置，外壳可以在试样容器的区域中具有中断和/或机械支架结构的表面可以在试样容器的区域中构成外壳的一部分。

通过所述的外壳，可以保护整个光学测量系统(然而特别是测量系统的光学组件)以免遭受所形成的冷凝物。在这种情况下，可以将外壳的内部空间以气密的方式与环境隔离。由于整个光学测量系统的以上所解释的紧凑结构方式，该气密隔离可以以很简单的方式实现。作为替代或者作为组合，外壳的内部空间也可以用干燥空气或者保护气体进行填充或吹扫。

根据本发明的另一种实施例，将试样容器形成为用于接纳样品池，尤其是用于接纳流通样品池。这样，还可以以有利的方式用所述的光学测量系统测量液体试样。因为所述的光学测量系统在实践中最常用作偏振计，因此可以将其在光学分析领域中用于多种应用。

优选地将样品池布置为使得样品池的进入窗和排出窗与测量光的光束垂直取向。该要求可以用所述的光学测量系统以自动的方式满足，因为将试样容器直接安置在机械支架结构上导致，在样品池以通常的空间固定(但是可拆卸)的方式固定在试样夹具中或试样夹具上情况下的试样夹具，将样品池以精确限定的相对空间位置与光学支架结构连接。

试样夹具应当形成为使得在替换样品池的情况下将新的样品池可再现地放置在正确的空间位置。

光学测量系统的以上所述外壳和/或试样容器可以形成为使得试样容器的区域相对于光学测量系统的内部空间被密封。由此可以防止在液体从样品池不期望地泼溅或者排出的情况下光学测量系统的内部空间被液体试样污染。这尤其适用于接头或套管，通过所述接头或套管将在流通中待检测的液体试样引入流通样品池中并再次引出。

根据本发明的另一种实施例，将试样容器通过形成于机械支架结构中的凹槽实现。这意味着机械支架结构至少部分地承担试样空间壁面的功能。在液体试样的偏振光学测量的情况下以及在试样液体的意外泼溅的情况下，将其收集在凹槽(其也可以称为凹穴)中，并可以以简单的方式(例如通过简单的擦除)从那里去除。由此简化了光学测量系统的在必要情况下所需的清洁。

根据本发明的另一种实施例，该光学测量系统进一步具有控温装置，该控温装置可安置在机械支架结构上以使得存在于试样容器中的试样可间接通过机械支架结构进行控温。

所述控温装置使得可以将光学测量系统也应用于其中试样的偏振光学性质取决于温度的偏振光学测量。因为对于大多数试样没有确立温度校正，因此为了可比较的测量，必须将这些试样控温在限定的测量温度上。在药典中，对于偏振光学测量，经常要求例如20℃或25℃的温度。

应当指出，这里所述的控温装置在机械支架结构上的布置是完全新的插入点，以实现待测试样的控温。在可用于对待测试样进行控温的已知的偏振计的情况下，通常试图将机械支架结构(在该支架结构上间接地通过合适的夹具安置偏振计的光学组件)排除在控温之外，并代之以尽可能直接地对待测试样进行控温。

根据本发明的另一种实施例，将控温装置安置在机械支架结构的第一侧上并且将试样容器安置在机械支架结构的第二侧上，其中第一侧与第二侧相对。因此，控温装置相对于试样容器存在于机械支架结构的相对侧上。由此可以将控温装置和待测试样之间的间距保持得小并将相应的导热路径保持得短。这可以实现待测试样的低热阻控温。

通过将控温装置和试样容器布置在机械支架结构的相对侧上，可以实现一种需要相对较少的结构空间并且可以以简单的方式并因此低成本地实现的试样控温。

根据本发明的另一种实施例，控温装置是热电控温装置，该热电控温装置具有一个热电元件或者多个热电元件。因此，待测试样的控温可以以简单的方式仅仅采用热电控温装置在电压源或电流源上的合适的电接头来实现。

控温装置可以通过导热性的粘合剂和/或通过导热膏安置在机械支架结构上。也可以使用其它传热材料，例如石墨薄膜或硅薄膜。

应当指出，热电元件仅仅当大功率冷却器能够将从其泵送的热量排出到环境中时才能有效地控温。在必要的情况下，冷却器可以通过采用冷却液的外部逆流冷却来实施。这可以以已知的方式通过用于冷却液例如水的接头或者通过包括冷却液的恒温器来进行。在一种特别简单的实施方案中，可以使用冷却器的强制通风，该强制通风例如通过通风机来产生。根据冷却器布置在光学测量系统的外壳的内部或是光学测量系统的外壳的外部，必须将机械支架结构和冷却器之间的冷却空气流至少部分地引入外壳内部或外部。

应当指出，控温装置的冷却液流应当尽可能保持远离光学测量系统的组件，尤其是保持远离待测试样，以避免不必要地阻碍相应组件的控温。

根据本发明的另一种实施方案，将至少一个热电元件夹持在热电控温装置的冷却器和机械支架结构之间。这具有如下优点：可以以结构上特别简单的方式实现热电控温装置在机械支架结构上的良好的热连接。

根据本发明的另一种实施例，将支架结构和至少一个热电元件至少大致无扭转地彼此耦合。

支架结构和至少一个热电元件之间的无扭转性或者至少“低扭转性”可以以多种方式实现。具有设计能力的技术人员无疑能够根据光学测量系统的各个基本构造实现合适的机械的、至少大致无扭转的连接。然而，在这方面要提到的是，至少大致无扭转的连接优选地形成为使得在机械支架结构的至少一部分和至少一个热电元件之间产生良好的热耦合。

根据本发明的另一种实施例，光学测量系统进一步具有一个温度控制回路，该控制回路用于接纳在试样容器中的试样的受控控温。这样的温度控制回路可以例如通过如下方式实现：将温度传感器安置在试样容器上，并操作控温装置以使得该温度传感器测量给定的温度。在存在于样品池中的液体试样的情况下，可以将温度传感器安置在用于样品池的夹具上。在这方面，假定试样的温度至少当温度传感器在预定的时间段内产生恒定的与预定温度相应的测量信号时适配于温度传感器的预定温度。

在一种就温度控制的精度而言得到改善的实施方案中，样品池的温度可以由安装在样品池中的温度传感器测量，并且可以将控制回路配置为直接控制样品池的温度。

根据本发明的另一种实施例，将支架结构形成为多体的，并且具有第一支架元件和第二支架元件以及耦合机构，该耦合机构将两个支架元件至少大致机械地无扭转地彼此连接。

两个支架元件可以通过至少一个缝隙或者至少一个槽彼此间隔开，耦合机构可以存在于该至少一个缝隙中或者该至少一个槽中。

耦合机构可以由本领域技术人员以不同的方式实现。例如，可以使用在光学镜架的情况下常规的连接构造。在这种情况下，待连接的元件通过弹簧拉在一起。在待连接的元件之间放置三个滚珠，所述滚珠充当隔离物并且构成接触点。通过应用滚珠和弹簧，两个支架元件彼此处于连接的面特别小，从而产生很差的热接触。同时，这种连接构造实现了两个载体元件之间的机械稳定的并且因此特别是无扭转的连接。

应当指出，对于高测量精度，当不同的支架元件之间的热耦合尽可能良好时是有利的，因此整个光学测量系统受到一致的控温。因此，所述的(机械)耦合机构也可以与热耦合机构结合，该热耦合机构尤其通过高的导热性保证支架结构的所有支架元件至少大致均匀地被控温。

用于将两个支架元件连接的另一种安装选项在于，与滚珠和螺钉相结合，在一个面上形成滚道和凹槽的组合。弹簧元件也可以用于耦合机构。

根据本发明的另一种实施例，将偏振状态发生器布置在第一支架元件上并将偏振状态分析器布置在第二支架元件上。这可以意味着这两个支架元件至少在一个区段上在与分析光路的光学轴平行的方向上彼此间隔地布置。

通过将PSG和PSA安置在机械支架结构的不同的支架元件上，将光学测量系统的两个核心光学组件机械稳定地彼此耦合。根据热耦合机构的应用和/或配置，可以将PSG或多或少地与PSA热耦合。

根据本发明的另一种实施例，支架结构进一步具有第三支架元件，在该支架元件上布置试样容器，并且耦合机构具有第一耦合结构和第二耦合结构，其中将第一耦合结构布置在第一支架元件和第三支架元件之间并且将第二耦合结构布置在第三支架元件和第二支架元件之间。

因为根据偏振计的基本原理，待测试样必须位于偏振状态发生器和偏振状态分析器之间，因此将第三支架元件布置在第一支架元件和第二支架元件之间。

第三支架元件的所述应用(该第三支架元件分配给试样容器并因此分配给待测试样)具有如下优点：试样的控温有利地不会必然也导致核心光学组件PSG和PSA的温度改变。当上述控温装置用于待测试样的控温并且安置在第三支架元件上时，这尤其具有意义。控温装置因此可以关于最优温度控制进行操作，而不必在这种情况下考虑尤其由PSG和/或PSA给定的限制性的操作温度。

机械支架结构的具有至少三个彼此热隔离的支架元件的所述构造在试样温度的期望区域大于光学测量系统的组件(尤其是PSG和/或PSA)的允许温度的情况下也具有显著的优点。

当机械支架结构的至少一部分不应当被控温和/或试样通过已知的控温装置被直接控温并且特别是被冷却时，这里所述的构造也是有利的。

应当指出，耦合机构也可以保证例如在支架元件中发生的机械应力不传递到其它支架元件上。这样的机械应力可以例如由控温装置产生并传递到机械支架结构上。在这方面显而易见的是，这种传递的机械应力也可以导致PSG和PSA之间的不期望的扭转。在这种情况下，偏振计的测量精度相应地降低。

机械支架结构的所述片段化的另一个优点可以在于仅仅第三支架元件的热质量显著小于整个机械支架结构的热质量。因为对于待测试样的热稳定性，仅仅试样容器所存在于其上的(第三)支架元件的热质量是相关的，因此该实施方案所描述的光学测量系统实现了待测试样的特别快的温度变化或温度适应。

为了尽可能快地产生稳定的测量条件，可以在必要的情况下将支架结构的承载组件PSG或PSA的各个片段独立地控温。在这种情况下，可以将这些组件按需引导到与待测试样不同的温度。这可以例如通过为组件PSA和/或PSA各自使用独立的控温而实现。

应当指出，在该实施方案的情况下，根据具体的应用，当(a)第三支架元件和(b)第一和/或第二支架元件之间的热耦合特别好时也是有意义的。在这种情况下，整个光学测量系统自动地一致地控温，并且只需在设定被改变的温度后等待一定的时间，直到所有的组件处于热平衡。

根据本发明的另一种实施方案，将两个支架元件在垂直于分析光路的光学轴的方向上彼此间隔地布置。

第一支架元件可以例如布置在第二支架元件上方，其中所述光学测量系统的至少一些光学组件以及试样容器可以安置在第一支架元件的上侧上。在第二支架元件的下侧上可以例如安置上述的控温装置，该控温装置因此首先将第二(下部)支架元件控温。待测试样的控温因此间接通过第二(上部)支架元件的控温来进行。因为上述耦合机构由于两个支架元件之间相对较小的机械接触点而通常仅仅允许较小的导热性，因此两个支架元件之间的热耦合在必要的情况下也可以通过热辐射来进行。为此特别有利的是，两个支架元件各自具有一个平面的外侧，其中这两个外侧彼此相对并且仅仅通过上述耦合机构彼此分离并因此以彼此间小的间距布置。

应当指出，仅仅通过热辐射的热耦合可以是很弱的，这在光学测量系统的操作中可导致实施控温的时间段极长。然而，第二(下部)支架元件和第一(上部)支架元件之间的热耦合可以以相对简单的方式通过如下方式得到改善：将具有特别好的传导性的液体代替空气填充到两个支架元件之间的(尽可能窄的)缝隙中(并防止泄漏)。此时获得一种“浮游”承载，它也可以用于良好的扭转脱耦。也可以用软的传热层代替导热液体引入两个支架元件之间的缝隙中。然而，在这种情况下，两个支架元件的至少之一的接触面和缝隙宽度之比应当不太大，因为否则会再发生扭转的传递。

根据本发明的另一方面，记载了一种用于测量试样的偏振光学性质的光学测量系统的制造方法。该光学测量系统可以是以上所述的测量系统。所述的制造方法具有如下步骤：(a)提供一个机械支架结构，(b)提供一个光源，该光源被设置为用于沿着光学测量系统的分析光路的光学轴发出测量光，(c)将偏振状态发生器在分析光路中光源的下游直接安置到机械支架结构上，其中将偏振状态发生器配置为为测量光提供限定的偏振状态，(d)在分析光路中偏振状态发生器的下游，直接在机械支架结构上安置或形成试样容器，其中形成试样容器以接纳待测试样，(e)在分析光路中试样容器的下游，直接在机械支架结构上安置偏振状态分析器，其中将偏振状态分析器配置为测量穿过试样后测量光的偏振状态。

所述的制造方法还基于如下认识：通过将至少一个组件、尤其是光学组件直接安置和固定在机械支架结构上，可以以特别紧凑的结构形式实现作为偏振计形成的光学测量系统。

应当指出，参照不同的发明主题记载了本发明的实施方案。特别是，用装置权利要求记载了本发明的一些实施方案，而用方法权利要求记载了本发明的其它实施方案。然而，在本申请的教导下，对于本领域技术人员而言很清楚的是，除非另外明确指出，除了属于一种发明主题类型的特征的组合以外，属于不同类型的发明主题的特征的任意组合也是可能的。

本发明的其它优点和特征从目前优选的实施方案的以下示例性描述得出。本申请的附图的各个图仅仅是示意性的，并且不应当视为是按比例的。

附图说明

图1示出一种用于偏振光学测量的光学测量系统，其中将光学组件光源、PSG和PSA以及待测试样直接布置在机械支架结构上。

图2示出一种光学测量系统，其中试样容器通过机械支架结构中的凹穴实现。

图3示出一种具有控温装置的光学测量系统，该控温装置布置在机械支架结构的下侧上。

图4示出一种具有外壳的光学测量系统，该外壳将控温装置包围。

图5示出一种光学测量系统，其中机械支架结构具有多个支架元件，所述多个支架元件平行于测量系统的光学轴方向彼此间隔开。

图6示出一种光学测量系统，其中机械支架结构具有多个支架元件，所述支架元件垂直于测量系统的光学轴方向彼此间隔开。

图7a和7b各自以放大的视图示出一种布置，通过该布置既可以实现图6中所示的耦合机构，也可以实现热电元件在第二(下部)支架元件上的良好的热连接。

图8a示出一种光学系统，其中机械支架结构在平行于所用的控温元件并且垂直于光学轴的平面中具有用于夹持元件的空隙。

图8b示出沿着来自图8a的布置800的点A-A、垂直于光学轴的截面。

其中附图标记的含义：

100：光学测量系统，偏振计         110：外壳

120：机械支架结构/光具座          130：光源

130a：测量光/分析光路/光学轴      150：试样容器

152：试样空间壁面                 190：样品池

PSG：偏振状态发生器               PSA：偏振状态分析器

200：光学测量系统，偏振计

220：机械支架结构/光具座

222：突起        252：试样空间壁面   254：密封衬垫

300：光学测量系统，偏振计    310：外壳

370：控温装置                372：热电元件/Peltier元件

374：冷却器

400：光学测量系统，偏振计

500：光学测量系统，偏振计    520a：第一支架元件

520b：第二支架元件           520c：第三支架元件

525a：第一耦合结构           525b：第二耦合结构

600：光学测量系统，偏振计    620a：第一支架元件

620b：第二支架元件           625：耦合机构

800：光学测量系统，偏振计    820：机械支架结构/光具座

824：夹持元件/杆             825：收缩点

826：样品池垫板              830：空隙

852：试样空间壁面            853：封装

具体实施方式

应当指出，在以下详细说明中，与其它实施方案的相应特征或组件相同或者至少功能相同的不同实施方案的特征或组件被赋予相同的附图标记或者与相同或者至少功能相同的特征或组件的附图标记仅仅在第一个数字上存在区别的附图标记。为了避免不必要的重复，已经参照此前已描述的实施例进行解释的特征或组件在下文中不再详细解释。

此外应当指出，以下所述的实施方案仅仅代表了本发明的可能的实施方式中的有限选择。尤其是，可以将各个实施方案的特征以合适的方式彼此组合，以使得对于本领域技术人员而言，基于这里明确呈现的实施方式，可以认为多种不同的实施方案也已明显公开。

此外应当指出，使用有关空间的概念例如“前”和“后”、“上”和“下”、“左”和“右”等来描述一个元件与另一个元件或其它元件的关系，如图中所示。因此，这些有关空间的概念可以用于与图中所示的方向不同的方向。然而显然应当理解，所有这些有关空间的概念为了描述的简单性而涉及图中所示的方向，这并不必然是限制性的，因为根据本发明的一种实施方案的装置在应用中可以采用与附图中所示的方向不同的方向。

图1示出用于偏振光学测量的光学测量系统100。该光学测量系统100(也称为偏振计)具有外壳110，机械支架结构120存在于该外壳中。机械支架结构120构成偏振计100的底盘，并且在本文中也称为光具座或者整体光具座。

在光具座120的上侧上，沿着分析光路130a(在图1中从左向右)依次布置：(a)光源130，(b)偏振状态发生器PSG，(c)试样容器150以及(d)偏振状态分析器PSA。光源130可以例如为半导体激光器，它发射测量光130a并将其馈送到分析光路130a中。偏振状态发生器PSG以已知的方式保证由光源130发出的测量光130a被线性偏振。当然，偏振状态发生器PSG也可以将测量光130a以其它方式偏振。例如，离开偏振状态发生器PSG的测量光130a可以发生圆偏振。

将待测的光学活性试样或偏振光学试样布置在试样容器150中。根据这里所示的实施例，待测试样是液体试样，该液体试样存在于样品池190中，在这里为所谓的流通样品池190。样品池190位于光具座120上并且在空间上通过未示出的夹具可拆卸地固定在试样空间壁面152上。

在穿过位于样品池190中的试样的过程中，测量光的偏振状态被改变，其中该改变取决于试样的偏振光学性质。离开试样的测量光130然后入射到偏振状态分析器PSA上，该偏振状态分析器测量偏振状态并因此也测量偏振状态与已离开偏振状态发生器PSG的测量光130a相比的改变。通过未示出的附接在偏振状态分析器PSA上的数据处理单元分析相应的测量值。在这方面应当指出，偏振状态分析器PSA除了纯的光学元件(例如该光学元件保证仅仅具有特定的偏振的光通过)以外还可具有检测器，该检测器在最简单的情况下仅仅检测通过纯的光学元件并入射在检测器上的测量光130a的强度。

作为偏振计形成的光学测量系统100可以使用机械可移动的棱镜或者法拉第调制器与合适的光检测器结合作为偏振状态发生器PSG和/或偏振状态分析器PSA。为了偏振光学性质的实际测量，可以使用不同的分析方案，例如通过寻找强度最小值或强度最大值，和/或通过对通过待测试样的偏振旋光的补偿。

根据这里所示的实施例，偏振状态发生器PSG和偏振状态分析器PSA各自具有一个偏振滤光镜，其中这两个偏振滤光镜之一可以通过马达被旋转。该旋转用编码器测量。由此确定偏振轴通过试样的旋转。该测量原理具有如下优点：它很紧凑而且产生很少的废热，因此很适合与整体光具座120结合。这尤其适用于具有控温光具座的实施方案，所述实施方案将在下面参照图3至6进行说明。

应当指出，这里所述的光学测量系统100与已知的偏振计的区别尤其在于，光学组件光源130、偏振状态发生器PSG和偏振状态分析器PSA直接安置在光具座120上。含有待测试样的样品池190也直接位于光具座120上。在已知的偏振计情况下将光学组件与支架结构间隔开的机械底座构造在这里被有意省略了。

从图1可以看出，外壳110与试样空间壁面152一起形成一个空间结构，该空间结构包围光学测量系统100的所有光学组件并因此避免有害的外部影响，并使得从外部向试样容器150的可自由访问性成为可能。因此，样品池190可以由使用者轻易地从光学测量系统100移除并用具有新的待测液体试样的新的样品池190替换。

为了避免不必要地减弱测量光130a，试样空间壁面152具有未示出的光学窗，测量光130可以在没有严重减弱的情况下穿过该光学窗。

直观地说，在该光学测量系统100的情况下，光具座120的上侧构成样品池垫板。因此，样品池直接位于光具座120上，在该光具座上还直接安装光学测量系统100的其它的制约测量精度的组件。由此产生特别紧凑的、稳定的构造。此外，在样品池垫板中不需要必须密封的套管。为了避免例如由不期望地外泄的试样液体导致的污染，仅仅需要将试样空间壁面152通过合适的图1中未示出密封元件相对于光具座120的上侧进行密封。

图2示出一种光学测量系统200，其中将目前标有附图标记220的光具座形成为产生凹穴，样品池190位于该凹穴中。从图2可以看出，该凹穴位于两个突起222之间，所述突起从光具座220的上侧向上延伸。因此，光具座220的突起222部分地承担试样空间壁面252的任务，或者将由外壳110形成或安置到外壳110上的试样空间壁面252向下延长。试样空间壁面252和各个突起222之间的密封衬垫254保证了光学测量系统200的内部空间相对于试样区域被密封。意外泼溅的试样液体可以收集在凹穴中并从这里容易地拭去。因此不必担心外泄的试样液体导致的光学测量系统200的内部空间的污染。

因为泼溅的试样液体收集于试样空间150的底部，对密封衬垫254没有高的要求。它只需防止在侧面喷溅的试样液体进入光学测量系统200的内部空间中，并保证相对于由外壳110提供的试样空间壁面252，喷溅的试样液体向下流走。因此以下措施就已足够：通过各自的重叠实现两个密封衬垫254，以使得在试样空间壁面252上向下流动的液体滴落到试样空间150的下部区域中。或许甚至可以将与外壳110结合的试样空间壁面252完全省略，而光具座220的突起222直达外壳的上侧。

如图2所示，在这些突起222中形成分别用虚线表示的孔，使得测量光130可以穿过两个突起222。当然，该孔可以设有光学透明的然而以其它方式密封的窗，以使得此外还产生光学测量系统200的内部空间和试样空间150之间的良好密封。

图3示出一种光学测量系统300，它与光学测量系统100相比还具有控温装置370。具有至少一个热电元件372和一个冷却器374的控温装置370安置在机械支架结构120或光具座120的下侧上。控温装置370的固定可以例如通过导热性的粘合剂实现。热电元件372可以例如是Peltier元件。

应当指出，在这里所述的实施例的情况下，与实现待测试样的控温的已知偏振计相对，不是尽可能直接地而是间接地通过经由光具座120的导热对试样进行控温。通过待测试样的这种控温，简化了整个光学测量系统的300的结构。

为了保证待测试样的良好控温，应当将光具座120和样品池190形成为使得它们之间产生良好的热接触。如以上所述，热电元件372对整个光具座120进行控温，并穿过该光具座也对样品池190或者存在于样品池中的试样液体进行控温。因为偏振状态发生器PSG和偏振状态分析器PSA直接安装在光具座120上，因此通过样品池190的控温也对光学组件PSG和PSA进行控温。

在这方面，首先看上去出人意料的是，该结构不必然导致显著的由这种控温引起的测量误差。当通过合适的控温调整温度偏差时，通过热电元件372改变的热量被泵送并在光具座120中形成温度梯度。由于所产生的热膨胀，在光具座120中发生应力和扭转，这导致测量偏差。然而，该效应明确地取决于光具座120的温度。因此当要在预定的温度下测量试样时，必须首先控制温度并且当试样温度达到稳定时才进行测量。然而，也需要光具座120的温度达到稳定，以使得动态应力消失并调整扭转状态，该扭转状态由光具座120的静态温度确定。在样品池190和光具座120的合适的接触面构造的情况下，试样和光具座120之间的残余温度差小，因此可以以良好的近似得出测量温度明确地并且可再现地决定光具座120的扭转状态并因此决定测量偏差。

采用这里记载的偏振计300，可以以已知的方式用空的样品池或者用填充了光学惰性溶剂的样品池进行参比测量，并且将结果从试样的实际偏振光学测量中扣除。这种称为“置零”的过程既用于补偿静态扭转，也用于补偿由双折射在样品池末端玻璃中引起的测量误差。因此，以上所述的可再现的测量偏差在正常的置零情况下有效地被消除。

因此，直观地说，也存在由整个光具座120的控温所产生的测量技术上的优点。当制约光学测量系统300的精度的组件例如偏振状态发生器PSG和偏振状态分析器PSA在具有良好热接触的情况下安装在光具座120上时，也可再现地对测量温度进行了控温。因此，也可以在光学测量系统300置零的情况下考虑其温度依赖性。通过所有制约精度的组件的明确的控温，可以实现光学测量系统300的特别好的偏差性能。

从图3可以看出，光学测量系统300与图1中所示的光学测量系统100的区别还在于，外壳310的下侧与机械支架结构或光具座120的下侧叠合。换言之，光具座120的下侧构成外壳310的一部分。这导致控温装置370处于光学测量系统300的外壳310的外部。这具有如下优点：从冷却器374向环境的热量排放既不涉及光学测量系统300的内部空间，也不涉及光学测量系统300的试样空间150。这实现了待测试样的特别精确的控温。未被Peltier元件372覆盖的光具座120的下侧为此可以与环境热隔离。

图4示出一种光学测量系统400，该测量系统具有将控温装置370包围的外壳110。除了控温装置370以外，光学测量系统400与图2中所示的光学测量系统200对应。

控温装置370可以由多个热电元件组成。它们可以在必要的情况下配以独立的冷却器374。热电元件372可以用持久弹性的热熔胶固定在光具座220和冷却器上，或者通过螺钉连接固定在光具座120和冷却器374之间。该固定优选地以直线螺钉固定沿着分析光路130a的光学轴进行。

图5示出根据本发明的另一种实施例的光学测量系统500。与图4中所示的光学测量系统400不同，在光学测量系统500中，机械支架结构一共划分成三个片段。该机械支架结构因而以多体方式形成并具有第一支架元件520a、第二支架元件520b和第三支架元件520c。三个支架元件520a、520b和520c布置成与测量光130a的光路平行取向的一排。第一支架元件520a和第三支架元件520c通过第一耦合结构525a彼此连接。第三支架元件520c和第二支架元件520b通过第二耦合结构525b彼此连接。

在第一支架元件520a上存在光源130和偏振状态发生器PSG，所述光源和偏振状态发生器直接安置在第一支架元件520a的表面上。在第二支架元件520b上存在偏振状态分析器PSA，所述偏振状态分析器同样直接安置在表面上。在第三支架元件520c上存在试样容器150或者位于其中的样品池190，其直接安置在表面上。从图5可以看出，在第三支架元件520c的下侧上安置控温装置370。

分别在两个相邻的支架元件之间的缝隙对于机械支架结构内部的热流而言构成大的屏障。两个耦合结构525a、525b具有与单体元件相比明显较差的导热性。因此，光学系统500的光学组件，即(a)布置在第一支架元件520a上的光源130和偏振状态发生器PSG以及(b)布置在第二支架元件520b上的偏振状态分析器PSA与第三支架元件520c、并因此与控温装置370在热学方面在大的程度上脱耦。因此，试样的控温不会自动地导致核心光学组件PSG和PSA的温度变化。

如以上所述，耦合机构也可以保证例如在第三支架元件520c中发生的(并且例如由控温装置370导致的)机械应力不传递到其它支架元件520a和520b上。因为这种传递的机械应力也可以导致偏振状态发生器PSG和偏振状态分析器PSA之间的不期望的扭转，因此可以通过相邻的支架元件之间的某种机械脱耦相应地改善光学测量系统500的测量精度。

两个耦合结构525a和525b以及在必要的情况下在冷却器374、热点元件372和第三支架元件520c之间的其它机械耦合可以实施为使得控温装置370的扭转尽可能少地传递到两个支架元件520a和520b上。合适的耦合可以例如通过胶粘、仅仅沿着中轴的螺钉连接或者通过所谓拉杆压紧(Stangenandruck)的装配来实现。

图6示出一种光学测量系统600，其中机械支架结构具有两个支架元件620a和620b，这两个支架元件在垂直于测量系统600的光学轴130a方向的方向上彼此间隔开。直观地说，第一支架元件620a位于第二支架元件620b上方。

在两个支架元件620a和620b之间的缝隙中存在耦合机构625。将该耦合机构625形成为使得在第二支架元件620b中例如由控温装置370导致存在的机械应力不传递到第一支架元件620a上并因此不传递到光学测量系统600的光学组件上。

耦合机构625也对于两个支架元件620a、620b之间的导热而言构成屏障。尽管如此，为了实现第一支架元件620a的控温并因此实现存在于第一支架元件620a上的样品池190的控温，将两个支架元件620a和620b的彼此相对的表面设置为使得两个支架元件620a和620b之间可以通过热辐射进行传热。在这种情况下，两个支架元件620a和620b的热耦合通过两个支架元件620a和620b的相对较大的彼此面对的表面得以改善。为了改善热耦合，可以在支架元件620a和支架元件620b之间提供用于通过液体或热垫进行传热的手段。因此，在光学测量系统600的情况下也可以通过控温装置370的合适操作对存在于样品池190中的液体试样间接地通过第二支架元件620b和第一支架元件620a进行控温。同时，有效地防止了机械应力从控温装置370传递到第一支架元件620a上并因此传递到存在于第一支架元件620a上的光学测量系统600的组件。因此，即使在光学测量系统600的很简单且紧凑的机械结构的情况下，也可以保证高测量精度。

图7a和7b示出装置的一种优选实施方案，通过其既可以实现图6中所示的光学测量系统600的耦合机构625，又可以实现热电元件372在第二(下部)支架620b上的良好的热连接。图7a示出侧视图(如图6)或者在xz平面中的剖面图。图7b是沿着z方向的俯视图，从而示出了笛卡尔xyz坐标系中的yz平面中的布置。

根据这里所示的实施例，耦合机构通过螺钉625实现，该螺钉将热电元件372夹入冷却器374和第二(下部)支架元件620b之间。螺钉625精确地沿着偏振计的光学轴布置。在图7a和7b中所示的装置上放上这里未示出的光具座620a。该光具座在光学轴的方向上具有空隙，该空隙用于接纳作为螺钉形成的耦合元件625的螺钉头。

耦合沿着平行于光学轴的线进行。当使用多个热电元件372时，优选将热电元件沿着该线放置成一排。

应当指出，这里所述的布置也可以应用于控温装置370在图3、4和5中所示的光具座120、220和520c上的热连接。

图8a示出根据另一种实施例的光学测量系统800。再次作为偏振计形成的测量系统800的机械支架结构820横向于分析光路130a(即沿着笛卡尔xyz坐标系的y轴方向)被穿孔或铣削。机械支架结构820中的相应的至少一个空隙830精确地存在于热电元件372上方。优选地，在每个热电元件372(这里为两个)上存在一个空隙830。空隙830的横截面可以是任意的。然而，优选地，由于生产技术上的原因，空隙830是圆柱孔。

精确地在热电元件372的中点上在空隙830中存在收缩。这在图8b中用附图标记825表示，图8b在笛卡尔xyz坐标系的yz平面中示出机械支架结构820及其它的横截面。

从图8b可以看出，根据这里所示的实施例，机械支架结构820在其上侧上具有凸面形状，这可以充当样品池垫板826。

为了热电元件372在机械支架结构820和冷却器374之间的夹持固定，将夹持元件824(例如杆或者棒)穿过空隙830，并且将夹持元件824的末端例如通过螺钉固定在冷却器374上。夹持元件824仅仅在空隙830的收缩点825上具有与机械支架结构820的机械接触并且仅仅在该点上将力传递到机械支架结构820上。因此，仅仅在冷却器374方向上(在图8b中为负的z方向上)的力可以起作用，并且不存在扭转分量。

图8a和8b中所示的装配方式仅仅产生冷却器374和机械支架结构820之间的小的热耦合，因为仅仅存在夹持元件824和机械支架结构820之间的小的接触面，并且通过夹持元件824和螺钉到冷却器374的热路径的长度较大。因此，在热电元件372的一侧上连接的冷却器374尽管其功能也包括作为机械夹持手段，是与热电元件372的与机械支架结构820连接的另一侧热隔离的。因此，通过热电元件372可获得特别有效的控温。

当使用多个布置成一排的热电元件372时，可以在每个热电元件372上应用这样的杆固定方式。此外，通过空隙830相对于机械支架结构820的总体积或总质量的较小的相对尺度，可以保证热电元件372与机械支架结构820的良好的热接触。

为了避免当设定温度低于环境空气露点时可在控温的机械支架结构820上沉积的冷凝水的问题，可以为整个机械支架结构820设置对于水蒸气而言尽可能不可渗透的封装。该封装在图8a中用附图标记853表示。根据这里所示的实施例，封装853从冷却器374抵达机械支架结构820的突起222并因此包围光学测量系统800的所有对水分敏感的组件。此外，为了进一步预防冷凝水，可以将干燥剂纳入封装853中。

应当将热电元件372和毗连的组件冷却器374和机械支架结构820之间的热接触选择为使得它具有足够的机械柔性，以将扭转力的传递最小化。为了获得良好的热接触，可以在热电元件372和机械支架结构820之间使用例如碳薄膜或者填充的硅薄膜。光学测量系统的各个组件的整体布置仍然可以通过其它合适的固定手段连接。

Claims (15)

1.用于测量试样的偏振光学性质的光学测量系统，该光学测量系统(100-600，800)具有：

光源(130)，该光源用于沿着光学测量系统(100-600，800)的分析光路(130a)的光学轴发出测量光(130a)，

偏振状态发生器(PSG)，该发生器在光源(130)下游布置于分析光路(130a)中并且被配置为为测量光(130a)提供限定的偏振状态，

试样容器(150)，该试样容器在偏振状态发生器(PSG)下游布置在分析光路(130a)中并且为接纳待测试样而形成，

偏振状态分析器(PSA)，该分析器在试样容器(150)下游布置在分析光路(130a)中并被配置为测量穿过试样后测量光(130a)的偏振状态，以及

机械支架结构(120，220，520a-c，620a-b，820)，在该支架结构上至少直接安置偏振状态发生器(PSG)、试样容器(150)以及偏振状态分析器(PSA)。

2.根据上一权利要求的光学测量系统，其进一步具有：

外壳(110，310)，该外壳至少将偏振状态发生器(PSG)和偏振状态分析器(PSA)包围，其中试样容器(150)存在于该外壳(110)外部。

3.根据以上权利要求之一的光学测量系统，其中：

形成试样容器(150)以用于接纳样品池(190)，尤其是用于接纳流通样品池(190)。

4.根据以上权利要求之一的光学测量系统，其中：

将试样容器(150)通过形成于机械支架结构(220，520c，620a，820)中的凹槽实现。

5.根据以上权利要求之一的光学测量系统，其进一步具有：

控温装置(370)，该控温装置安置在机械支架结构(120，220，520c，620b，820)上以使得存在于试样容器(150)中的试样间接通过机械支架结构(120，220，520c，620a-b，820)可控温。

6.根据以上权利要求之一的光学测量系统，其中：

将控温装置(370)安置在机械支架结构(120，220，520c，620b，820)的第一侧上并且将试样容器(150)安置在机械支架结构(120，220，520c，620b，820)的第二侧上，其中第一侧与第二侧相对。

7.根据以上权利要求5和6之一的光学测量系统，其中：

控温装置是热电控温装置(370)，该热电控温装置具有一个热电元件(372)或者多个热电元件(372)。

8.根据上一权利要求的光学测量系统，其中将至少一个热电元件(372)夹持在热电控温装置(370)的冷却器(374)和机械支架结构(820)之间。

9.根据以上权利要求7至8之一的光学测量系统，其中：

将支架结构(820)和至少一个热电元件(372)至少大致无扭转地彼此耦合。

10.根据以上权利要求5至9之一的光学测量系统，其进一步具有：

温度控制回路，该控制回路用于接纳在试样容器(150)中的试样的受控控温。

11.根据以上权利要求之一的光学测量系统，其中将支架结构形成为多体的，并且具有第一支架元件(520a，620a)和第二支架元件(520b，620b)以及耦合机构(525a-b，625)，该耦合机构将两个支架元件(520a，620a，520b，620b)至少大致机械地无扭转地彼此连接。

12.根据上一权利要求的光学测量系统，其中将偏振状态发生器(PSG)布置在第一支架元件(520a)上并且将偏振状态分析器(PSA)布置在第二支架元件(520b)上。

13.根据上一权利要求的光学测量系统，其中：

支架结构进一步具有第三支架元件(520c)，在该支架元件上布置试样容器(150)，并且

耦合机构具有第一耦合结构(525a)和第二耦合结构(525b)，其中将第一耦合结构(525a)布置在第一支架元件(520a)和第三支架元件(520c)之间并且将第二耦合结构(525b)布置在第三支架元件(520c)和第二支架元件(520b)之间。

14.根据权利要求11的光学测量系统，其中：

将两个支架元件(620a，620b)在垂直于分析光路(130a)的光学轴的方向上彼此间隔地布置。

15.用于测量试样的偏振光学性质的光学测量系统、特别是根据以上权利要求之一的光学测量系统(100-600，800)的制造方法，该方法具有如下步骤：

提供一个机械支架结构(120，220，520a-c，620a-b，820)，

提供一个光源(130)，该光源用于沿着光学测量系统(100-600，800)的分析光路(130a)的光学轴发出测量光(130a)，

将偏振状态发生器(PSG)在分析光路(130a)中光源(130)的下游直接安置到机械支架结构(120，220，520a-c，620a-b)上，其中将偏振状态发生器(PSG)配置为为测量光(130a)提供限定的偏振状态，

在分析光路(130a)中偏振状态发生器(PSG)的下游，直接在机械支架结构(120，220，520a-c，620a-b，800)上安置或形成试样容器(150)，其中形成试样容器(150)以接纳待测试样，

在分析光路(130a)中试样容器(150)的下游，直接在机械支架结构(120，220，520a-c，620a-b，800)上安置偏振状态分析器(PSA)，其中将偏振状态分析器(PSA)配置为测量穿过试样后测量光(130a)的偏振状态。