DE102022109677A1 - Kommunikation zwischen einer optischen Messvorrichtung und zwei darin aufgenommenen Messzellen - Google Patents

Kommunikation zwischen einer optischen Messvorrichtung und zwei darin aufgenommenen Messzellen Download PDF

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Abstract

Beschrieben wird eine optische Messvorrichtung (100), welche aufweist: (a) einen Polarisationszustand-Generator (PSG), welcher konfiguriert ist, ein entlang eines Analysestrahlengangs (105) propagierendes Messlicht mit einem definierten Polarisationszustand zu präparieren; (b) eine Aufnahmeeinrichtung (AE), welche stromabwärts von dem Polarisationszustand-Generator angeordnet ist und welche zum Aufnehmen von zumindest einer ersten Messzelle (120) und einer zweiten Messzelle (140) ausgebildet ist; (c) einen Polarisationszustand-Analysator (PSA), welcher stromabwärts von der Aufnahmeeinrichtung angeordnet ist; (d) einen Detektor (Det), welcher stromabwärts von dem Polarisationszustand-Analysator angeordnet ist, zum Detektieren einer Intensität des Messlichts; (e) ein stationäres Sende /Empfangssystem, welches konfiguriert ist, mit der ersten Messzelle und/oder mit der zweiten Messzelle zu kommunizieren; und (f) eine Auswerte- und Steuereinheit (µC) zum Auswerten von Messsignalen von dem Detektor und/oder dem Polarisationszustand-Analysator und/oder dem Polarisationszustand-Generator unter Berücksichtigung von Informationen, die zwischen dem stationären Sende /Empfangssystem und zumindest einer der beiden Messzellen kommuniziert wurden. Ferner wird eine Messzelle für eine solche Messvorrichtung sowie ein System und ein Verfahren zum Bestimmen von polarisationsoptischen Eigenschaften einer Probe beschrieben.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Messvorrichtung zum Bestimmen von polarisationsoptischen Eigenschaften einer Probe, eine Messzelle für eine solche optische Messvorrichtung, ein System mit einer solchen optischen Messvorrichtung sowie ein Verfahren zum Bestimmen von polarisationsoptischen Eigenschaften einer Probe unter Verwendung einer solchen optischen Messvorrichtung.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Polarimeter sind optische Messvorrichtungen, die polarisationsoptische Eigenschaften von Proben messen. Insbesondere wird mit einem Polarimeter die optische Rotation einer optisch aktiven Probe gemessen. Ein gemessener optischer Drehwinkel eines linear polarisierten Messlichts ist dabei von intrinsischen Eigenschaften der untersuchten Probe und, insbesondere bei flüssigen Proben, von deren Konzentration abhängig. Polarimeter werden daher oft zur quantitativen Bestimmung der Konzentration von optisch aktiven Stoffen in Lösungen verwendet, wie beispielsweise zur Bestimmung des Zuckergehalts einer wässrigen Lösung (Saccharimetrie).
  • Voraussetzung für eine fehlerfreie und genaue Messung ist eine richtige Kalibrierung des Polarimeters. Zur Kalibrierung von Polarimetern werden als Kalibrier-Zellen sog. Quarzkontrollplatten verwendet, bei welchen im Inneren eines rohrförmigen Körpers eine oder mehrere, einen definierten Drehwinkel vorgebende Quarzscheiben angeordnet sind. In modular ausgeführten Quarzkontrollplatten sind die Quarzscheiben entnehmbar und können bei Bedarf gegen andere Quarzscheiben ausgetauscht werden, welche insbesondere eine andere vorbestimmte optische Rotation der Polarisationsebene des Messlichts sorgen.
  • DE 10 2015 122687 A1 offenbart eine Quarzkontrollplatte mit einem die aktuelle Temperatur messenden Sensor und einem dem Sensor nachgeschalteten Sender, welcher dessen Temperatur-Messwerte an einen unabhängig von dem Sensor angeordneten Empfänger übertragen kann.
  • DE 10 2011 005807 B4 offenbart, dass ein in einer Messzelle angebrachter Informationsgeber sowohl die Temperatur der Messzelle als auch weitere Informationen über die Messzelle zum Polarimeter übertragen kann.
  • Die Linearität von Polarimetern kann durch ein Kalibrieren an mehreren Stellen des Drehwinkel-Messbereiches überprüft werden. Beispielsweise wird im Bereich der Pharmazie häufig gefordert, die Kalibrierung so auszuführen, dass mindestens ein Kalibrierungspunkt oberhalb und mindestens ein Kalibrierungspunkt unterhalb des für eine bestimmte Probe zu erwartenden Drehwinkel-Messwertes liegt. Dies bedeutet, dass mit mehreren Quarzkontrollplatten kalibriert werden muss. Im täglichen Betrieb eines Polarimeters ist die gemeinsame Handhabung von mehreren Quarzkontrollplatten jedoch relativ umständlich und fehleranfällig und erschwert ebenso die insbesondere in der Pharmazie geforderte eindeutige und fehlerfreie Dokumentation.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kalibrierung eines Polarimeters für mehrere optische Drehwinkel zu vereinfachen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird beschrieben eine optische Messvorrichtung zum Bestimmen von polarisationsoptischen Eigenschaften einer Probe. Die optische Messvorrichtung weist auf (a) einen Polarisationszustand-Generator, welcher konfiguriert ist, ein entlang eines Analysestrahlengangs propagierendes Messlicht mit einem definierten Polarisationszustand zu präparieren; (b) eine Aufnahmeeinrichtung, welche stromabwärts von dem Polarisationszustand-Generator in dem Analysestrahlengang angeordnet ist und welche zum Aufnehmen von zumindest einer ersten Messzelle und einer zweiten Messzelle ausgebildet ist; (c) einen Polarisationszustand-Analysator, welcher stromabwärts von der Aufnahmeeinrichtung in dem Analysestrahlengang angeordnet ist; (d) einen Detektor, welcher stromabwärts von dem Polarisationszustand-Analysator in dem Analysestrahlengang angeordnet ist, zum Detektieren einer Intensität des Messlichts; (e) ein stationäres Sende-/Empfangssystem, welches konfiguriert ist, mit der ersten Messzelle und/oder mit der zweiten Messzelle zu kommunizieren; und (f) eine Auswerte- und Steuereinheit zum Auswerten von Messsignalen von dem Detektor und/oder von dem Polarisationszustand-Analysator und/oder von dem Polarisationszustand-Generator unter Berücksichtigung von Informationen, die zwischen dem stationären Sende-/Empfangssystem und zumindest einer der beiden Messzellen kommuniziert wurden.
  • Der beschriebenen optischen Messvorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch einen Informationsaustausch zwischen den beiden Messzellen auf der einen Seite und dem stationären Sende-/Empfangssystem auf der anderen Seite die Genauigkeit der Messung der optischen Aktivität von einer bevorzugt flüssigen Probe oder von einem optischen aktiven Referenzelement, welches für Kalibrierungszwecke verwendet wird, verbessert werden kann. Der Informationsaustausch kann nämlich für jede Messzelle spezifische individuelle Informationen enthalten, welche bei der Auswertung der Messsignale und damit bei der Bestimmung des genauen Wertes für die optische Aktivität der Probe ggf. im Rahmen einer gewissen Korrektur des Messwertes berücksichtigt werden können.
  • Die genannten Messzellen sind individuell handhabbare Messzellen, welche unabhängig voneinander in die (Mehrfach-)Aufnahmeeinrichtung eingebracht werden können. Somit können auf einfache Weise schnell und unkompliziert mehrere Messungen durchgeführt werden. Bei zwei Messzellen ergeben sich dann insgesamt drei Messungen, eine erste Messung nur mit der ersten Messzelle, eine zweite Messung nur mit der zweiten Messzelle und eine dritte Messung mit beiden Messzellen.
  • Die Informationen können Informationen bzw. Daten sein, welche von der jeweiligen Messzelle an das stationäre Sende-/Empfangssystem übermittelt werden. Zu diesem Zweck kann die jeweilige Messzelle einen Speicher als Informationsgeber und ein geeignetes mobiles Sende-/Empfangssystem aufweisen, welches drahtgebunden oder bevorzugt drahtlos, insbesondere mittels elektromagnetischer Wellen (z.B. über RFID / NFC Signale) und weiter insbesondere mit optischem (sichtbaren, ultravioletten und/oder infraroten) Licht mit dem stationären Sende-/Empfangssystem kommuniziert.
  • Insbesondere kann die jeweilige Messzelle bevorzugt einen elektronischen Speicher aufweisen, in dem die Informationen zur betreffenden Messzelle gespeichert werden können. Alternativ oder zusätzlich zum elektronischen Speicher kann die jeweiligen Messzelle als Informationsgeber ein optisches Musterfeld aufweisen, insbesondere einen Barcode, wobei in dem Barcode die zu übertragenden Informationen kodiert sind, welche die Messzelle betreffen bzw. dieser zugeordnet sind.
  • Die Informationen von den bzw. über die Messzellen können grundsätzlich jede Art von Informationen sein, welche für die Messung, für eine Weitergabe der Messdaten und/oder für eine weitere Verwendung der Probe von Bedeutung sein könnten. Als beispielhaft seien an dieser Stelle lediglich genannt: Identifikationsdaten, Kalibrierungsdaten, thermische Eigenschaften der Probe und/oder eines Probenbehälters (z.B. eine Küvette), Geometrie von zumindest einem Teil der Messzelle und Material von zumindest einem Teil der Messzelle. Auch Informationen über mögliche optische Fehler (unerwünschte ggf. lokale Doppelbrechungen, Beschädigungen, Verschmutzungen, etc.) der Messzelle, die beispielsweise vorab mittels einer speziellen Messmaschine ermittelt wurden, können als bedeutende Information übertragen werden. Dadurch können die sich im Strahlengang befindlichen Messzellen durch ein automatisches Auslesen der Informationen aus ihrem jeweiligen Informationsträger und Speicherung der Informationen in einem Datenspeicher der Auswerte- und Steuereinheit, individuell charakterisiert und/oder eindeutig identifiziert werden. Dadurch kann auch eine Rückverfolgbarkeit bzw. Nachverfolgbarkeit sowie eine eindeutige und fehlerfreie Dokumentation bei der Weiterverarbeitung der von der optischen Messvorrichtung ermittelten Messdaten gewährleistet werden.
  • Für viele Anwendungen besonders vorteilhaft können die an das stationäre Sende-/Empfangssystem übermittelten Informationen / Daten auch indikativ sein für die aktuelle Temperatur der jeweiligen Messzelle oder von zumindest einem Teil der jeweiligen Messzelle. Der betreffende Teil der jeweiligen Messzelle kann beispielsweise die enthaltene Probe oder ein enthaltenes (optisch aktives) Kalibrierelement sein.
  • Die Informationen können aber auch Informationen / Daten sein, welche von dem stationären Sende-/Empfangssystem an die jeweiligen Messzelle übermittelt werden und in deren Speicher hinterlegt werden. Solche Daten können bei einer Herstellung oder nach einer Vermessung einer Messzelle in deren Speicher abgelegt werden. Diese Daten können die vorstehend beschriebenen Identifikationsinformation, Geometrieinformationen und/oder Kalibrierungsinformationen, insbesondere Temperaturkalibrierungsinformationen umfassen. Ferner können die zu empfangenden Daten zur Programmierung (insbesondere eines Prozessors, welcher in dem Informationsgeber umfasst sein kann) vorgesehen sein.
  • In Bezug auf die vorstehend beschriebene Informationsübermittlung in verschiedene Richtungen sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass in diesem Dokument der Begriff „Sende-/Empfangssystem“ abhängig von dem jeweiligen Anwendungsfall ein Sendesystem, ein Empfangssystem oder ein Sende- und Empfangssystem sowohl zum Senden als auch zum Empfangen von Daten sein kann. Gleiches gilt für die nachstehend beschriebenen Sende-/Empfangsvorrichtungen und die Sende-/Empfangseinheiten.
  • Unter dem Begriff „Messzelle“ können in diesem Dokument zwei Arten von Messzellen verstanden werden: (a) Kalibrier-Zellen und (b) Proben-Zellen. Eine Kalibrier-Zelle ist eine Messzelle, welche zumindest ein optisch aktives Referenz-Element wie beispielsweise Quarz enthält, welches eine Drehung der Polarisation um einen genau definierten Drehwinkel umfasst. Ein solches Referenz-Element kann beispielsweise eine Platte sein, weshalb ein solches Referenz-Element oder auch die gesamte Kalibrier-Zelle häufig auch als Quarzkontrollplatte bezeichnet wird. Mittels einer Messung der optischen Aktivität einer solchen Kalibrier-Zelle kann die beschriebene optische Messvorrichtung von Zeit zu Zeit kalibriert werden, um auch über einen längeren Betrieb hinweg dauerhaft verlässliche Messwerte zu liefern. Eine Proben-Zelle umfasst typischerweise eine Probenaufnahme. Bei flüssigen Proben ist bzw. umfasst die Proben-Zelle üblicherweise eine Küvette.
  • Unter dem Begriff „stromabwärts“ ist in diesem Dokument eine Richtung innerhalb der beschriebenen optischen Messvorrichtung zu verstehen, welche durch die Ausbreitungsrichtung des Messlichts ausgehend von einer Lichtquelle des Polarisationsgenerators definiert ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das stationäre Sende-/Empfangssystem konfiguriert, mit der ersten Messzelle und/oder mit der zweiten Messzelle drahtlos zu kommunizieren. Für eine solche drahtlose Kommunikation kann grundsätzlich jede Art von Datenübertragung über die Schnittstelle Luft verwendet werden, welche eine ausreichende Übertragungssicherheit und Bandbreite aufweist, so dass die jeweils gewünschten Informationen zuverlässig und so schnell übertragen werden können, dass der Betrieb der Messvorrichtung nicht verzögert wird und keine Fehler bei der Informationsübermittlung auftreten. Lediglich beispielhaft sei an dieser Stelle erwähnt, dass die drahtlose Kommunikation unter Verwendung von NFC (Near Field Communication) oder RFID (Radio Frequency Identification) Signalen erfolgen kann. Auch eine optische Datenübertragung beispielsweise mittels sichtbarer oder infratoten Lichtpulsen ist möglich. Zum Aussenden von optischen Signalen und insbesondere zum Empfangen von optischen Signalen kommen bei manchen Ausführungsbeispielen die nachstehend genauer beschriebenen „Multi-Stack Dioden“ oder „Multi-Stack LEDs“ zum Einsatz.
  • Eine drahtlose Kommunikation kann insbesondere die Handhabung der optischen Messvorrichtung durch eine Bedienperson auf vorteilhafte Weise erleichtern. Bei einem Einsetzen, Umsetzen und/oder einem Entnehmen von Messzellen muss die Bedienperson nämlich nicht auf die Vermeidung einer möglichen Beschädigung solcher Kabel kümmern.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das stationäre Sende-/Empfangssystem zwei Sende-/Empfangsvorrichtungen auf, wobei eine erste stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung der beiden Sende-/Empfangsvorrichtungen der ersten Messzelle zugeordnet ist und die zweite stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung der beiden Sende-/Empfangsvorrichtungen der zweiten Messzelle zugeordnet ist.
  • Die beiden Sende-/Empfangsvorrichtungen können dabei bevorzugt an unterschiedlichen Stellen (an einem Chassis) der optische Messvorrichtung angebracht sein. Die beiden Stellen können dabei derart gewählt sein, dass jeweils eine möglichst gute Kommunikationsverbindung zu der jeweiligen Messzelle möglich ist.
  • Die von der jeweiligen stationären Sende-/Empfangsvorrichtung empfangenen Daten können direkt oder indirekt an die Auswerte- und Steuereinheit zur weiteren Datenverarbeitung übermittelt werden. Eine indirekte Datenübermittlung der ersten stationären Sende-/Empfangsvorrichtung kann über die zweite stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung erfolgen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das stationäre Sende-/Empfangssystem derart an einem Chassis der optischen Messvorrichtung angebracht, dass das stationäre Sende-/Empfangssystem von der ersten Messzelle und/oder von der zweiten Messzelle entlang einer Richtung parallel zu der optischen Achse des Messlichts beabstandet ist.
  • Anschaulich ausgedrückt kann dies bedeuten, dass zwischen dem stationären Sende-/Empfangssystem und einem mobilen Sende-/Empfangssystem der jeweiligen Messzelle eine in Bezug zu der Messzelle und/oder in Bezug zu der Aufnahmeeinrichtung der optischen Messvorrichtung stirnseitige Kopplung besteht, mittels welcher die betreffenden Informationen / Daten übertragen werden. Bei einer vorstehend genannten Ausführungsform mit zwei Sende-/Empfangsvorrichtungen kann dies bevorzugt für beide stationäre Sende-/Empfangsvorrichtungen oder lediglich für die erste stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung oder die zweite stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung gelten.
  • Die beschriebene stirnseitige Kopplung kann so ausgebildet sein, dass eine stabile Kommunikation zwischen Messvorrichtung und Messzelle auch dann möglich ist, wenn die Messzelle in Bezug zu der optischen Achse des Messlichts in unterschiedlichen Winkellagen in die Aufnahmeeinrichtung eingebracht wird. Eine stabile Kommunikation ist dann auch während einer Abfolge von Messungen bei jeweils unterschiedlichen Winkellagen möglich. Mit einer solchen Abfolge können ggf. Messfehler, welche eine Abhängigkeit von der Winkellage der Messzelle haben, auf einfache und vorteilhafte Weise herausgemittelt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das stationäre Sende-/Empfangssystem eine Mehrzahl von stationären Sende-/Empfangseinheiten auf, die verteilt entlang eines Umfangs um eine optische Achse des Messlichts herum angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass auch bei einer Drehung der Messzelle um die optische Achse herum stets eine stabile Kopplung zwischen dem mobilen Sende-/Empfangssystem der Messzelle und zumindest einer der Sende-/Empfangseinheiten gewährleistet werden kann.
  • Wie bereits vorstehend erwähnt, weisen Messzellen in der Regel nie ganz zu vermeidende optische Fehler auf. Typische Fehler von Polarimeter-Messzellen sind Doppelbrechungen in ihren optisch aktiven Elementen sowie deren Verschmutzung. Diese Fehler können bewirken, dass sich der Messwert eines Polarimeters ändert, wenn die Messzelle um die optische Achse des Messlichts gedreht wird. Deshalb schreiben relevante Normen, wie beispielsweise die Normen der ICUMSA (International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis) oder der OIML (Organisation Internationale de Metrologie Legale) vor, dass Messzellen durch Rotation im Polarimeter oder in einem Teststand überprüft werden (vgl. Seite https://www.ptb.de/cms/ptb/fachabteilungen/abt4/fb-42/421-form-und-wellenfrontmetrologie/polarimetrische-kalibrierung-vonquarzkontrollplatten.html der Physikalisch Technischen Bundeanstalt (PTB)). Dabei darf die Variation des Messwertes einen festgelegten Grenzwert nicht überschreiten. Wenn eine o.g. Kalibrier-Zelle zum Kalibrieren eines Polarimeters eingesetzt werden soll, ist es daher häufig auch notwendig und/oder aufgrund von Normungsvorschriften gefordert, dass mehrere Messungen in verschiedenen Winkellagen der Kalibrier-Zelle durchgeführt werden. Hierzu muss die Kalibrier-Zelle im Probenraum um die eigene Achse bzw. um die optische Achse des Messlichts gedreht werden können.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das stationäre Sende-/Empfangssystem derart an einem Chassis der optischen Messvorrichtung angebracht, dass das stationäre Sende-/Empfangssystem von der ersten Messzelle und/oder von der zweiten Messzelle entlang einer Richtung senkrecht zu der optischen Achse des Messlichts beabstandet ist.
  • Auch durch eine solche seitliche Kopplung zwischen dem stationären Sende-/Empfangssystem und einem mobilen Sende-/Empfangssystem der jeweiligen Messzelle kann eine zuverlässige Übertragung von Informationen bzw. Daten gewährleistet werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das stationäre Sende-/Empfangssystem ferner konfiguriert, Energie zu der ersten Messzelle und/oder der zweiten Messzelle zu transferieren.
  • Die an die betreffende Messzelle transferierte Energie kann für verschiedene Aufgaben verwendet werden. Beispielsweise kann das mobile Sende-/Empfangssystem mit dieser Energie betrieben werden. Bei manchen Ausführungsfällen kann auch noch ein Sensor, insbesondere ein Temperatursensor betrieben werden, so dass die betreffende Messzelle ohne eine eigene Energiequelle wie beispielsweise eine Batterie arbeiten kann. Das Prinzip der beschriebenen drahtlosen Energieübertragung, welches manchmal auch als „Energy Harvesting“ bezeichnet wird, und die dafür notwendigen elektronischen Komponenten sind an sich bekannt und werden deshalb in diesem Dokument nicht im Detail beschrieben.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die optische Messvorrichtung ferner auf (a) eine erste Temperier-Vorrichtung, angeordnet und eingerichtet zum Temperieren der ersten Messzelle und (b) eine zweite Temperier-Vorrichtung, angeordnet und eingerichtet zum Temperieren der zweiten Messzelle. Die erste und/oder die zweite Temperier-Vorrichtung kann konfiguriert sein, die jeweilige Messzelle auf eine gewünschte Temperatur zu bringen und/oder eine bestimmte Temperatur möglichst genau zu halten. Die Temperier-Vorrichtung kann ein Heizelement wie beispielsweise einen Heizdraht oder eine Heizspule aufweisen. Zum Kühlen und/oder zum Heizen können auch Peltier-Elemente verwendet werden. Durch eine geeignete Temperierung können die Messzellen auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht werden, welche für die jeweilige Messung am besten geeignet ist. Dadurch kann die Genauigkeit der optischen Messvorrichtung weiter verbessert werden.
  • Die Temperier-Vorrichtungen können besonders vorteilhaft bei Anwendungen betrieben werden, bei denen zwei Messzellen verwendet werden, die jeweils einen Temperatursensor aufweisen, welcher die aktuelle Temperatur der jeweiligen Messzelle oder zumindest die aktuelle Temperatur eines Teils der jeweiligen Messzelle erfasst und die entsprechenden Temperaturdaten drahtlos zu dem stationären Sende-/Empfangssystem übermittelt. Die Temperaturdaten für beide Messzellen können dann (drahtgebunden) an die Auswerte- und Steuereinheit übergeben werden. Diese kann dann jede der beiden Temperier-Vorrichtungen so ansteuern, dass eine gewünschte Zieltemperatur erreicht wird.
  • Damit ist das beschriebene Sende-/Empfangssystem eine Komponente eines Temperatur-Regelkreises, was eine weitere Verbesserung der Messgenauigkeit der beschriebenen optischen Messvorrichtung ermöglicht.
  • An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die optische Messvorrichtung auch mehr als zwei, beispielsweise drei, vier oder sogar fünf Temperier-Vorrichtungen aufweisen kann. Dies gilt insbesondere für Messvorrichtungen, die eine entsprechende hohe Anzahl an Messzellen aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass mehr als eine Temperier-Vorrichtung einer Messzelle zugeordnet ist und für eine entsprechende Temperierung derselben sorgt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen das stationäre Sende-/Empfangssystem zumindest eine Multi-Stack Diode auf, wobei die Multi-Stack Diode insbesondere eine Double-Stack Diode ist.
  • Eine Multi-Stack Diode (in deutsch Mehrfach Stabel Diode) ist ein optoelektronisches Bauelement, bei dem zwei oder mehr lichtemittierende oder lichtempfangende bzw. lichtabsorbierende Schichten übereinander in einem Halbleitermaterial, d.h. in einem Halbleiterchip, angeordnet sind. Diese Technik ermöglicht im Falle einer lichtemittierenden Diode (LED) eine höhere abgestrahlte Lichtintensität als bei einfachen Leuchtdioden mit nur einer lichtemittierenden Schicht. Weiters können Multi-Stack Dioden auch als Lichtempfänger fungieren, wenn sie als Bestandteil einer geeigneten elektronischen Schaltung beleuchtet werden.
  • Eine Multi-Stack Diode hat den Vorteil, dass sie eine besonders hohe Effizienz bei der Umwandlung zwischen elektrischen Signalen und optischen Signalen aufweist. Dies gilt insbesondere für eine Multi-Stack Diode, welche als Lichtempfänger dient und ein optisches Signal, d.h. elektromagnetische Lichtwellen (UV, sichtbar, IR), in ein elektrisches Spannungssignal umwandelt. Ähnliches gilt aber auch für eine Multi-Stack LED, welche mit hoher Effizienz vergleichsweise intensive optisches Signale erzeugt. In diesem Zusammenhang ist es offensichtlich, dass mit einer solchen Double-Stack Diode eine besonders gute elektromagnetische Kopplung zwischen dem beschriebenen stationären Sende-/Empfangssystem und der jeweiligen Messzelle bzw. deren mobilen Sende-/Empfangssystem realisiert werden kann. Dies gilt sowohl für eine Datenübertragung als auch für eine Energieübertragung.
  • Eine Double-Stack Diode ist eine Diode, bei der im Halbleiterchip zwei elektrisch in Serie geschaltete lichtemittierende bzw. lichtabsorbierende Schichten übereinander implementiert sind. Aufgrund dieser Eigenschaft werden lichtemittierende Double-Stack Dioden auch als Double-Stack-Emitter oder Double-Stack-LED bezeichnet.
  • Besonders effiziente Multi-Stack Dioden arbeiten im infratoten (IR) Spektralbereich. Aufgrund ihrer hohen optoelektronischen Umwandlungseffizienz werden sie auch als „High Power IR Emitter“ oder „High Efficiency IR Emitter“ bezeichnet. Mittels einer Multi-Stack Diode können, wie bereits vorstehend beschrieben, hohe Spannungen bzw. hohe optische Leistungsdichten erzielt werden. Im Falle einer Multi-Stack Diode zum Energieempfang kann aufgrund der relativ hohen erzeugten Spannung eine nachgeschaltete Elektronik direkt ohne einen DC-DC Wandler betrieben werden, was sowohl zu einer Bauteil- als auch zu einer Kostenersparnis führen kann. Durch die Möglichkeit der bidirektionalen Nutzung der Double-Stack Diode sowohl zur Energieübertragung als auch als Sender bzw. Empfänger zur Datenübertragung können weitere Bauteile eingespart werden. Dadurch können besonders kostengünstige und kompakte Systeme realisiert werden.
  • Bei Ausführungsformen, bei denen das stationäre Sende-/Empfangssystem (zumindest) zwei stationäre Sende-/Empfangsvorrichtungen oder eine Mehrzahl von stationären Sende-/Empfangseinheiten aufweist, umfasst bevorzugt jede stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung bzw. jede stationäre Sende-/Empfangseinheit zumindest eine solche Multi-Stack Diode.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass abhängig von der jeweiligen Ausführungsform eine Multi-Stack Diode für eine Datenübertragung oder für eine Energieübertragung verwendet werden kann. Auch eine Verwendung sowohl für eine Datenüberragung als auch für eine Energieübertragung ist möglich. Dabei können im Rahmen eines Zeit-Multiplexverfahrens bestimmte Zeitfenster für eine Datenübertragung und andere Zeitfenster für eine Energieübertragung verwendet bzw. reserviert werden.
  • Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die hier beschriebene Multi-Stack Diode für eine (drahtlose) Datenübertragung auch bei optischen Messvorrichtungen verwendet werden kann, welche eine Aufnahmeeinrichtung aufweisen, die lediglich eine einzige Messzelle und nicht zwei Messzellen aufnehmen kann. Konkret ist in diesem Fall die Aufnahmeeinrichtung der vorstehend beschriebenen optischen Messvorrichtung also so konfiguriert, dass sie nur eine einzige Messzelle aufnehmen kann. Demzufolge muss das stationäre Sende-/Empfangssystem also nicht konfiguriert sein, (gleichzeitig) mit zwei Messzellen zu kommunizieren.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Aufnahmeeinrichtung ferner ausgebildet zum Aufnehmen einer weiteren Messzelle. Das Vorsehen eines weiteren Aufnahmebereiches für (zumindest) eine weitere Messzelle kann der beschriebenen optischen Messvorrichtung in Bezug auf die Messzellen-Aufnahmeeinrichtung eine größere Flexibilität verschaffen. Im Falle von Kalibrier-Messzellen kann, insbesondere durch ein „Durchkombinieren“ bzw. Permutieren der aufgenommenen Messzellen, die Anzahl an Kalibrierungspunkten weiter erhöht und damit die Messgenauigkeit weiter verbessert werden. Im Falle, dass sich mehrere Messzellen im Strahlengang der optischen Messvorrichtung befinden, kann jede der Messzellen individuell mit den jeweiligen Temperaturdaten identifizierbar sein.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das stationäre Sende-/Empfangssystem ferner konfiguriert zum Kommunizieren auch mit der weiteren Messzelle. Dadurch können die vorstehend in Bezug auf die erste Messzelle und in Bezug auf die zweite Messzelle beschriebenen Vorteile der drahtlosen Informationsübertragung auch für die weitere Messzelle realisiert und der Betrieb der beschriebenen optischen Messvorrichtung, welcher mit drei Messzellen naturgemäß zunächst etwas aufwändiger ist, trotzdem vereinfacht werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass auch für die weitere Messzelle eine eigene stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung vorgesehen sein kann, welche dann eine Komponente des stationären Sende-/Empfangssystems darstellt. Ferner kann das stationäre Sende-/Empfangssystem auch konfiguriert sein, Energie zu der weiteren Messzelle und ggf. auch Energie zu noch weiteren Messzellen zu transferieren. Auch kann die optische Messvorrichtung auch für die weitere Messzelle eine weitere Temperier-Vorrichtung aufweisen, mittels welcher die weitere Messzelle in entsprechender Weise wie die erste und die zweite Messzelle temperiert wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben eine Messzelle für eine optische Messvorrichtung zum Bestimmen von polarisationsoptischen Eigenschaften einer Probe, insbesondere für eine optische Messvorrichtung des vorstehend beschriebenen Typs. Die beschriebene Messzelle weist auf ein erstes mobiles Sende-/Empfangssystem zum drahtlosen Kommunizieren mit einer ersten Entität in einem System bestehend aus der optischen Messvorrichtung, der Messzelle und optional zumindest einer weiteren Messzelle.
  • Der beschriebenen Messzelle liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch einen (automatischen) drahtlosen Informationsaustausch zwischen der Messzelle und der ersten Entität, welche insbesondere die optische Messvorrichtung mit einem geeigneten stationären Sende-/Empfangssystem sein kann, das Betreiben der optischen Messvorrichtung (für eine Bedienperson) in der tägliche Analysepraxis erleichtert sein kann.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Messzelle ferner auf ein zweites mobiles Sende-/Empfangssystem zum drahtlosen Kommunizieren mit einer zweiten Entität. Mit dem zweiten mobilen Sende-/Empfangssystem kann eine umfassende Kommunikation der Messzelle mit bzw. eine umfassende Kommunikation zwischen verschiedenen (drahtlos) kommunikationsfähigen Komponenten bzw. Entitäten des vorstehend genannten Kommunikationssystems realisiert werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Messzelle eine erste Messzelle von zumindest zwei Messzellen. Ferner ist die erste Entität die optische Messvorrichtung und die zweite Entität ist eine zweite Messzelle von den zumindest zwei Messzellen.
  • Anschaulich ausgedrückt weist die beschriebene Messzelle zwei Funktionalitäten auf. Die erste Funktionalität besteht darin, wie vorstehend in diesem Dokument ausführlich erläutert, drahtlos mit der optischen Messvorrichtung bzw. genauer mit einem stationären Sende-/Empfangssystem der optischen Messvorrichtung zu kommunizieren und dabei verschiedene Arten von messrelevanten und/oder probenrelevanten Informationen auszutauschen. Die zweite Funktionalität besteht darin, derartige Informationen weiterzuleiten, welche zwischen (i) der zweiten Messzelle bzw. genauer zwischen dem zweiten mobilen Sende-/Empfangssystem der zweiten Messzelle und (ii) der optischen Messvorrichtung übertragen werden. In der zweiten Funktionalität stellt die beschriebene Messzelle also lediglich eine Zwischenstation bei der Kommunikation zwischen der optischen Messvorrichtung und der zweiten Messzelle dar.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Messzelle eine zweite Messzelle von zumindest drei Messzellen für eine optische Messvorrichtung. Ferner ist die erste Entität eine erste Messzelle von den zumindest drei Messzellen und die zweite Entität ist eine dritte Messzelle von den zumindest drei Messzellen. Bei dieser Ausführungsform stellt die beschriebene Messzelle anschaulich ausgedrückt eine Zwischenstation bei der Kommunikation zwischen zwei anderen Messzellen dar. Dabei weist zumindest eine der beiden anderen Messzellen ebenfalls zwei mobile Sende-/Empfangssysteme auf, wobei eines davon mit der optischen Messvorrichtung und das andere davon mit der (zweiten) Messzelle kommuniziert.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass ein System bestehend aus der optischen Messvorrichtung und den drei Messzellen auch noch dahingehend erweitert werden kann, dass weitere Messzellen des hier beschriebenen Typs (mit jeweils zwei mobilen Sende-/Empfangssystemen) hinzugefügt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das erste mobile Sende-/Empfangssystem konfiguriert, drahtlos Energie zu empfangen, wobei die drahtlos empfangene Energie insbesondere von einem stationären Sende-/Empfangssystem der optischen Messvorrichtung bereitgestellt wird.
  • Die an die beschriebene Messzelle transferierte Energie kann für verschiedenen Aufgaben verwendet werden. Beispiele für eine „Energieverwendung“ wurden bereits vorstehend erläutert und sollen an dieser Stelle nicht noch einmal wiederholt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Messzelle konfiguriert, Energie von einem Sende-/Empfangssystem zu empfangen und zumindest einen Teil der empfangenen Energie an eine weitere Messzelle zu transferieren. Dadurch können auf vorteilhafte Weise von nur einem Sende-/Empfangssystem (zumindest) zwei Messzellen mit Energie versorgt werden.
  • Der beschriebene Transfer bzw. die beschriebene Weiterleitung von Energie erfolgt aus Effizienzgründen bevorzugt ohne eine zwischengeschaltete Umwandlung von optischer Energie in elektrische Energie und dann von einem Teil der elektrischen Energie in optische Energie. Die beschriebenen Messzelle kann die selbst benötigte Energie durch geeignete optische Komponenten wie z.B. einem Strahlteiler oder einer sich verzweigenden Lichtleitfaser auskoppeln bzw. entnehmen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass der Empfang der Energie von dem Sende-/Empfangssystem auch indirekt über eine andere bzw. zusätzliche Messzelle erfolgen kann. Sofern auch diese andere bzw. zusätzliche Messzelle in der Lage ist, Energie an die beschriebene Messzelle (zumindest teilweise) weiterzuleiten, können im Prinzip auch drei (oder mehr) Messzellen von ein und demselben Sende-/Empfangssystem mit Energie versorgt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das erste mobile Sende-/Empfangssystem zumindest eine Multi-Stack Diode, und insbesondere eine Double-Stack Diode auf.
  • Die beschriebene messzellenseitige Multi-Stack Diode hat nicht nur den bereits vorstehend beschriebenen Vorteil einer besonders hohen Effizienz bei der Umwandlung von elektrischen Signalen in optische Signale. Für die beschriebene Messzelle ist insbesondere von Vorteil, dass die als ein Licht-Empfänger eingesetzte Multi-Stack Diode eine besonders hohe Effizienz bei der Umwandlung von optischen Signalen (elektromagnetische Wellen) in elektrische Signale (mit einer vergleichsweise hohen Spannung) aufweist. Die entsprechenden Vorteile, insbesondere die Möglichkeit des Verzichts auf einen DC-DC Wandler und die Möglichkeit auf die Verwendung sowohl für eine Energieübertragung als auch für eine Datenkommunikation wurden bereits vorstehend erläutert und sollen an dieser Stelle nicht noch einmal wiederholt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Messzelle ferner auf eine Mitnahmestruktur, welche ausgebildet ist, mit einer anderen Mitnahmestruktur einer anderen Messzelle zu koppeln, so dass bei einem Drehen der Messzelle um eine optische Achse von Messlicht, welches die Messzelle und die andere Messzelle durchdringt, auch die andere Messzelle in gleicher Weise gedreht wird.
  • Die beschriebene Mitnahmestruktur ermöglicht auf vorteilhafte Weise das Verwenden von lediglich einem Rotationsantrieb zum Drehen von beiden Messzellen. Dadurch wird der apparative Aufbau einer optischen Messvorrichtung, welche eine Drehung der in ihrer Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen Messzellen ermöglicht, vereinfacht.
  • Die Mitnahmestruktur kann insbesondere eine mechanische Mitnahmestruktur sein, welche bei einem korrekten Aufnehmen der beiden Messzellen, d.h. der beschriebenen Messzelle und der anderen Messzelle, mit der anderen Mitnahmestruktur in Eingriff gelangt. Die Mitnahmestruktur kann auf vielfältige Weise ausgebildet sein. Die Mitnahmestruktur kann einen mechanischen Eingriff herstellen, welcher ein rotatives Antreiben der anderen Messzelle in beide möglichen Drehrichtungen ermöglicht. Alternativ kann die Mitnahmestruktur auch so ausgebildet sein, dass sie entlang einer Umfangsrichtung um die optische Achse nur von einer Seite bzw. einer „Winkelrichtung“ an der anderen Mitnahmestruktur anliegt und so, ohne einen „Leerlauf“ der anderen Messzelle, nur für eine rotative Bewegung der anderen Messzelle entlang einer Drehrichtung sorgen kann.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Messzelle eine Proben-Zelle, welche eine Probenaufnahme zum Aufnehmen einer Probe aufweist. Die Probenaufnahme kann insbesondere eine Küvette zum Aufnehmen einer flüssigen Probe sein.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Messzelle eine Kalibrier-Zelle zum Kalibrieren der optischen Messvorrichtung. Die Funktion einer Kalibrier-Zelle und deren Bedeutung für zuverlässige und genaue Messergebisse wurden bereits vorstehend erläutert und sollen an dieser Stelle nicht noch einmal wiederholt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Kalibrier-Zelle eine Referenzelement-Aufnahme für eine Aufnahme eines optischen Referenzelements auf, wobei das optische Referenzelement ein Drehen der Polarisationsebene von einem linear polarisierten Messlicht um einen vorbestimmten Drehwinkel bewirkt.
  • In bevorzugten Ausführungsformen ist das optische Referenzelement ein fester Bestandteil der Kalibrier-Zelle. Um ein Polarimeter mit verschiedenen „Referenz-Drehwinkeln“ zu kalibrieren, müssen dann zumindest (verschiedene) Kalibrier-Zellen verwendet werden. Solche „festen“ und mit einer hohen optischen und/oder mechanischen Präzession gefertigten Kalibrier-Zellen können einen wertvollen Beitrag zu einer besonders genauen und rückverfolgbaren Kalibrierung einer polarisationsoptischen optische Messvorrichtung leisten.
  • Das optische Referenzelement kann im Prinzip jede Art von optisch aktiven bzw. optisch drehenden Element sein. Insbesondere kann das optische Referenzelement ein Kristall, bevorzugt aus Quarz, sein.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Kalibrier-Zelle zumindest eine weitere Referenzelement-Aufnahme für eine Aufnahme eines weiteren optischen Referenzelements auf, wobei das weitere optisches Referenzelement ein Drehen der Polarisationsebene von einem linear polarisierten Messlicht um einen weiteren vorbestimmten Drehwinkel bewirkt.
  • Die beiden optischen Referenzelemente ergeben einen kombinierten Referenz-Drehwert. Daher weist die beschriebene Kalibrier-Zelle einen definierten Referenz-Drehwert auf.
  • Insbesondere weist die Kalibrier-Zelle zwei optische Referenzelemente auf, welche feste Bestandteile der Kalibierzelle und daher nicht entnehmbar sind. Die beiden optischen Referenzelemente ergeben einen kombinierten Referenz-Drehwert. Daher weist die beschriebene Kalibrier-Zelle einen definierten Referenz-Drehwert auf. Damit kann die Rückverfolgbarkeit der Kalibrier-Zelle sowie die eindeutige und fehlerfreie Dokumentation der Kalibration verbessert werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Messzelle ferner auf einen Speicher zum Speichern von für die Messzelle spezifischen Informationen, wobei der Speicher kommunikativ mit dem ersten mobilen Sende-/Empfangssystem gekoppelt ist und wobei das erste mobile Sende-/Empfangssystem konfiguriert ist, zumindest einige der Informationen drahtlos an die optische Messvorrichtung zu übermitteln.
  • Die spezifischen Informationen können jede Art von Information umfassen, welche für eine Messung der optischen Rotation, veranlasst durch die Messzelle, relevant sein könnten. Beispiele für solche Informationen sind bereits vorstehend in diesem Dokument im Detail genannt und sollen dieser Stelle nicht weiter genannt und diskutiert werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Messzelle ferner auf einen Sensor zum Messen des aktuellen Wertes von einer physikalischen Quantität von zumindest einer Komponente der Messzelle, wobei der Sensor direkt oder indirekt mit dem ersten mobilen Sende-/Empfangssystem gekoppelt ist und wobei das erste mobile Sende-/Empfangssystem konfiguriert ist, den aktuellen Wert drahtlos an die optische Messvorrichtung zu übermitteln.
  • Die physikalische Quantität kann jede beliebige physikalische Größe sein, welche einen (eventuell auch nur relativ kleinen) Einfluss auf den von der optischen Messvorrichtung bestimmten Messwert hat. Dieser Einfluss kann bei einer Kalibrier-Zelle beispielsweise dazu führen, dass es unter den aktuell vorliegenden realen Messbedingungen zu einer gewissen Abweichung der optischen Drehung von dem vorbestimmten Drehwinkel kommt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Sensor ein Temperatursensor und der aktuelle Wert ist ein Temperaturwert. Mögliche Einflüsse der Temperatur eines optischen Referenzelements bzw. der Temperatur einer Probe auf den exakten Wert der optischen Rotation und mögliche Kompensationsmaßnahmen sind vorstehend erläutert und sollen an dieser Stelle nicht noch einmal beschrieben werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein System zum Bestimmen von polarisationsoptischen Eigenschaften einer Probe. Das System weist auf (a) eine optische Messvorrichtung des vorstehend beschriebenen Typs und (b) zumindest eine Messzelle des vorstehend beschriebenen Typs.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Verfahren zum Bestimmen von polarisationsoptischen Eigenschaften einer Probe unter Verwendung einer optischen Messvorrichtung des vorstehend beschriebenen Typs. Das Verfahren weist auf (a) ein Übermitteln von zumindest einer ersten Information, welche indikativ ist für einen Zustand und/oder die Art der ersten Messzelle, von der ersten Messzelle an das stationäre Sende-/Empfangssystem; (b) ein Übermitteln von zumindest einer zweiten Information, welche indikativ ist für einen Zustand und/oder die Art der zweiten Messzelle, von der zweiten Messzelle an das stationäre Sende-/Empfangssystem; und (c) ein Auswerten von Messsignalen von dem Detektor und/oder von dem Polarisationszustand-Analysator und/oder von dem Polarisationszustand-Generator unter Berücksichtigung der ersten Information und der zweiten Information.
  • Auch dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch einen Informationsaustausch zwischen (a) der ersten Messzelle und der zweiten Messzelle auf der einen Seite und (b) dem stationären Sende-/Empfangssystem auf der anderen Seite die Genauigkeit der Messung der optischen Aktivität von einer (flüssigen) Probe, welche sich in einer als Proben-Zelle ausgebildeten Messzelle befindet, verbessert werden kann. Auch die Genauigkeit einer Kalibrierung unter Verwendung eines optischen Referenzelements, welches sich in oder an einer als Kalibrier-Zelle ausgebildeten Messzelle befindet, kann durch spezifische und aktuelle Informationen über die Kalibrier-Zelle verbessert werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zumindest eine von der ersten Messzelle und der zweiten Messzelle eine Kalibrier-Zelle, wobei die Kalibrier-Zelle eine Referenzelement-Aufnahme und ein optisches Referenzelement aufweist, welches fest mit der Referenzelement-Aufnahme verbunden ist, und wobei die Kalibrier-Zelle einen Speicher aufweist, in welchem für die Kalibrier-Zelle charakteristische Informationen gespeichert sind.
  • Die beschriebene Hinterlegung von charakteristischen Informationen in dem Speicher einer Kalibrier-Zelle hat den Vorteil, dass dadurch eine Rückverfolgbarkeit bzw. Nachverfolgbarkeit sowie eine eindeutige Zuordnung und rückführbare Dokumentation der Messergebnisse erreicht werden kann, die von der optischen Messvorrichtung mit mehreren Messzellen ermittelt wurden, wobei zumindest eine Messzelle eine Kalibrierzelle ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn die charakteristischen Informationen eine eindeutige Identitätsinformation für die betreffende Kalibrier-Zelle enthalten.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Verfahren durchgeführt (a) mit der vorstehend beschriebenen optischen Messvorrichtung mit zwei Temperier-Vorrichtungen und (b) mit zwei Messzellen des vorstehend beschriebenen Typs mit einem jeweiligen Temperatursensor. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner auf (a) ein Messen eines ersten Temperaturwertes für die erste Messzelle, wobei der erste Temperaturwert die erste Information darstellt; (b) ein Messen eines zweiten Temperaturwertes für die zweite Messzelle, wobei der zweite Temperaturwert die zweite Information darstellt; (c) ein Bestimmen einer Stellgröße basierend auf dem ersten Temperaturwert und dem zweiten Temperaturwert; und (d) ein Ansteuern der ersten Temperier-Vorrichtung und der zweiten Temperier-Vorrichtung basierend auf der bestimmten Stellgröße.
  • Anschaulich ausgedrückt erfolgt bei dieser Ausführungsform eine Temperaturregelung von zumindest einer der beiden Messzellen basierend auf den beiden aktuellen Temperatur-Messdaten der beiden Messzellen. Dadurch kann eine besonders hohe Temperaturstabilität der zu vermessenen Messzellen gewährleistet werden, was zu einer weiteren Verbesserung der Messgenauigkeit der optischen Messvorrichtung beiträgt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Stellgröße eine erste Stellgröße für die erste Temperier-Vorrichtung und eine zweite Stellgröße für die zweite Temperier-Vorrichtung auf, wobei die erste Temperier-Vorrichtung basierend auf der ersten Stellgröße und unabhängig von der zweiten Stellgröße angesteuert wird und wobei die zweite Temperier-Vorrichtung basierend auf der zweiten Stellgröße und unabhängig von der ersten Stellgröße angesteuert wird.
  • Bei dieser Ausführungsform wird somit für jede Temperier-Vorrichtung ein separater Regelkreis gebildet. Somit kann auf vorteilhafte Weise jede Messzelle mit ihrer individuell gemessenen Temperatur geregelt werden. Diese Lösung hat sich in der Praxis insbesondere dann als vorteilhaft erwiesen, wenn es eine vergleichsweise geringe thermische Kopplung zwischen den verschiedenen Regelkreisen gibt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Stellgröße indikativ für eine mittlere Temperatur zwischen dem ersten Temperaturwert und dem zweiten Temperaturwert. Ferner werden die erste Temperier-Vorrichtung und die zweite Temperier-Vorrichtung beide basierend auf der mittleren Temperatur angesteuert.
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein gemeinsamer Regelkreis für beide Temperier-Vorrichtungen gebildet. Dies stellt eine besonders einfache Temperaturregelung dar, welche sich insbesondere dann eignet und völlig ausreichend ist, wenn die beiden Messzellen eine gleiche oder zumindest sehr ähnliche thermischen Massen aufweisen und thermisch gut miteinander gekoppelt sind, etwa durch eine thermisch gut leitende gemeinsame Auflage.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Stellgröße indikativ für eine gewichtete mittlere Temperatur zwischen (i) dem ersten Temperaturwert, gewichtet mit einer ersten thermischen Masse der ersten Messzelle, und (ii) dem zweiten Temperaturwert, gewichtet mit einer zweiten thermischen Masse der zweiten Messzelle. Dabei werden die erste Temperier-Vorrichtung und die zweite Temperier-Vorrichtung beide basierend auf der gewichteten mittleren Temperatur angesteuert.
  • Auch bei dieser Ausführungsform, welche ebenfalls bevorzugt bei einer guten thermischen Kopplung zwischen den einzelnen thermischen Massen durchgeführt wird, wird ein gemeinsamer Regelkreis für beide Temperier-Vorrichtungen gebildet, was zu einer besonders einfachen Temperaturregelung führt. Diese immer noch sehr einfache und damit fehlerrobuste Regelung ist jedoch gegenüber der vorstehend beschriebenen „kollektiven Regelung“ durch eine Gewichtung, bevorzugt durch eine einfach multiplikative Gewichtung der beiden Temperaturwerte mit der jeweiligen thermischen Masse, ergänzt. Die thermische Masse kann insbesondere einfach die Wärmekapazität der jeweiligen Messzelle sein. Diese hängt in bekannter Weise von den spezifischen Wärmekapazitäten und den Massen derjenigen Materialien ab, welche in der jeweiligen Messzelle vorhanden bzw. verbaut sind. Dazu zählen natürlich auch das „Material“ der Probe (bei einer Proben-Zelle) bzw. das „Material“ des optischen Referenzelements (bei einer Kalibrier-Zelle).
  • Das beschriebene Verfahren unter Verwendung der gewichteten mittleren Temperatur kann die Temperaturregelung beschleunigen, was insbesondere dann von großem Vorteil sein kann, wenn einzelne Messzellen gewechselt werden. Die beschriebene Gewichtung mit der jeweiligen thermischen Masse „antizipiert“ eine Temperaturangleichung der gekoppelten thermischen Massen der Messzellen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
    • 1 zeigt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine optische Messvorrichtung, welche mit zwei Kalibrier-Zellen bestückt ist.
    • 2 zeigt eine optische Messvorrichtung, welche mit zwei Proben-Zellen bestückt ist.
    • 3 zeigt einen Teil einer optischen Messvorrichtung, welche ein stationäres Sende-/Empfangssystem mit einer Mehrzahl von stationären Sende-/Empfangseinheiten aufweist, die verteilt entlang eines Umfangs um eine die optische Achse des Messlichts herum angeordnet sind.
    • 4 zeigt eine optische Messvorrichtung, welche mit drei Proben-Zellen bestückt ist, welche jeweils mit einer seitlich angeordneten stationären Sende-/Empfangsvorrichtung eines stationären Sende-/Empfangssystems kommunizieren.
    • 5 zeigt eine optische Messvorrichtung, welche mit drei Proben-Zellen bestückt ist, wobei zwei Proben-Zellen stirnseitig mit jeweils einer stationären Sende-/Empfangsvorrichtung kommunizieren und eine Proben-Zelle stirnseitig mit einer benachbarten Proben-Zelle kommuniziert, welche zwei mobile Sende-/Empfangssysteme aufweist.
    • 6 zeigt eine optische Messvorrichtung, welche mit drei Proben-Zellen bestückt ist, wobei eine erste Proben-Zelle stirnseitig mit einem stationären Sende-/Empfangssystem kommuniziert und die beiden anderen Proben-Zellen stirnseitig direkt bzw. indirekt mit der ersten Proben-Zelle kommunizieren.
    • 7a und 7b illustrieren in einer vereinfachten Darstellung einen Teil einer elektronischen Schaltung für ein mobiles Sende-/Empfangssystem bzw. für ein stationäres Sende-/Empfangssystem mit einer lichtempfangenden Double-Stack Diode.
    • 8 zeigt eine optische Messvorrichtung, welche mit drei Proben-Zellen bestückt ist und welche für jede Proben-Zelle eine Temperier-Vorrichtung aufweist.
    • 9a bis 9d zeigen jeweils eine Proben-Messzelle mit einem optischen System zum Durchleiten von optischen Kommunikationssignalen zu einer anderen Proben-Messzelle.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in der folgenden detaillierten Beschreibung Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten von einer anderen Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit Bezugszeichen versehen sind, welche in den letzten beiden Ziffern identisch sind mit den Bezugszeichen von entsprechenden gleichen oder zumindest funktionsgleichen Merkmalen bzw. Komponenten. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
  • Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
  • 1 zeigt eine optische Messvorrichtung 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die optische Messvorrichtung 100, welche auch als Polarimeter bezeichnet wird, weist eine Lichtquelle LS auf, welche entlang einer optischen Achse 105 ein Messlicht aussendet. Das Messlicht trifft auf einen Polarisationszustand-Generator PSG, welcher in bekannter Weise dafür sorgt, dass hinter dem Polarisationszustand-Generator PSG nur noch linear polarisiertes Licht entlang der optischen Achse 105 weiter propagiert. Die optische Messvorrichtung 100 weist ferner eine Aufnahmeeinrichtung AE auf, welche „stromabwärts“ von dem Polarisationszustand-Generator PSG angeordnet ist. In die Aufnahmeeinrichtung AE können sogenannte Messzellen eingelegt werden, welche von dem Messlicht durchdrungen werden. Wie bereits vorstehend erläutert, können diese Messzellen entweder Kalibrier-Zellen oder Proben-Zellen sein. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sind in der Aufnahmeeinrichtung AE zwei Kalibrier-Zellen, eine erste Kalibrier-Zelle 120 und eine zweite Kalibrier-Zelle 140.
  • Hinter der Aufnahmeeinrichtung AE befindet sich ein Polarisationszustand-Analysator PSA und ein Lichtdetektor Det, beispielsweise ein (empfindlicher) Photodetektor. Der Polarisationszustand-Analysator PSA sorgt dafür, dass nur Licht mit einer bestimmten linearen Polarisationsrichtung den Lichtdetektor Det erreicht. Licht mit einer dazu senkrechten linearen Polarisationsrichtung wird geblockt. Durch eine Drehung eines nicht gezeigten optischen Analyseelements des Polarisationszustand-Analysator PSA um die optische Achse 105 und eine gleichzeitige Beobachtung der von dem Lichtdetektor Det erfassten Lichtintensität kann die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Messlichts, welche sich durch den Einfluss einer optisch aktiven Substanz in zumindest einer der beiden Messzellen gedreht hat, bestimmt werden. Ein Drehwinkel α, welcher die Winkelabweichung der Polarisationsrichtung des Messlichts nach der Aufnahmeeinrichtung AE im Vergleich zu der Polarisationsrichtung des Messlichts vor der Aufnahmeeinrichtung AE beschreibt, ist in bekannter Weise ein direktes Maß für die optische Aktivität der in der jeweiligen Messzelle befindlichen optisch aktiven Substanz. Der Drehwinkel α wird basierend auf Zustandsinformationen von allen vorhandenen optischen Komponenten des Polarimeters 100 von einer Auswerte- und Steuereinheit µC ermittelt. Die Auswerte- und Steuereinheit µC kann in dem Polarimeter 100 integriert sein und kann mit einer Eingabeeinheit, wie beispielsweise einer Tastatur, Datenspeicher und Datenverarbeitung/Programmlogik und Ausgabeeinheit ausgestattet sein. Die Auswerte- und Steuereinheit µC kann alternativ auch extern über einen Computer und/oder über eine Schnittstelle zur Datenübermittlung betrieben werden. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel berücksichtigt die Auswerte- und Steuereinheit µC auch noch Informationen von und über die jeweilige Messzelle 120, 140. Einzelheiten dazu werden nachstehend erläutert.
  • Wie aus 1 ersichtlich, befinden sich in der Aufnahmeeinrichtung AE zwei verschiedenartige Kalibrier-Zellen 120, 140. Die erste Kalibrier-Zelle 120 weist zwei jeweils als eine Quarzscheibe ausgebildete optische Referenzelemente auf. Ein optisches Referenzelement 123 befindet sich in einer Referenzelement-Aufnahme 122 und ein weiteres optisches Referenzelement 125 befindet sich in einer weiteren Referenzelement-Aufnahme. Beide Quarzscheiben sind gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel feste Bestandteile der Kalibrier-Zelle 120 und daher vom Benutzer nicht entnehmbar oder austauschbar. Abhängig von der Bestückung der beiden Referenzelement-Aufnahmen 122 und 124 können somit (für Kalibrierzwecke) verschiedene optische Rotationen für das Messlicht erzeugt werden.
  • Die beschriebene Verwendung von zwei Quarzscheiben innerhalb einer Kalibrier-Zelle kann zum Beispiel dann relevant werden, wenn die Kalibrier-Zelle für das Messlicht einen kleinen Drehwinkel, beispielsweise einen Drehwinkel von kleiner als 8°, bewirken soll. Da man sehr dünne Quarzscheiben nicht mit einer ausreichend hohen Genauigkeit (mittels Schleifens) herstellen kann, ist es häufig erforderlich, zwei etwas dickere Quarzscheiben, eine aus einem rechtsdrehenden Quarz und die andere aus einem linksdrehenden Quarz mit einer etwas anderen Dicke, zu kombinieren, so dass sich die beiden Drehungen teilweise kompensieren. Für kleine Drehwerte ist im Übrigen eine Kombination aus einer linksdrehenden Quarzscheibe mit einer rechtsdrehenden Quarzscheibe von Normungsgremien vorgeschrieben.
  • Wie ferner aus 1 ersichtlich, weist die zweite Kalibrier-Zelle lediglich ein optisches Referenzelement 143 auf, welches sich in einer Referenzelement-Aufnahme 142 befindet. Das optische Referenzelement 143 wird ebenfalls von einer Quarzscheibe gebildet und ist als ein fester Bestandteil der Kalibrier-Zelle 140 ausgeführt. Es ist offensichtlich, dass durch ein Herausnehmen von einer der beiden Kalibrier-Zellen 120, 140 (für Kalibrierzwecke) verschiedene optische Rotationen für das Messlicht erzeugt werden können.
  • Wie bereits vorstehend erwähnt, werden zur Erzielung einer besonders hohen Messgenauigkeit bei der Bestimmung des Drehwinkels α von der Auswerte- und Steuereinheit µC auch noch Informationen von der jeweiligen und über die jeweilige Messzelle 120, 140 berücksichtigt. Diese Informationen können beispielsweise Identifikationsdaten, Kalibrierungsdaten (der Kalibrier-Messzellen), welche insbesondere vorab mittels einer speziellen Messmaschine ermittelt wurden, die Geometrie und/oder Material von zumindest einem Teil der Messzelle, etc. sein. Da die optische Aktivität der meisten Substanzen, auch die von Quarz, eine bekannte Temperaturabhängigkeit aufweisen, berücksichtigt gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Auswerte- und Steuereinheit µC (hier für Kalibrierzwecke) auch die aktuelle Temperatur der optischen aktiven Substanz, hier der Quarzscheiben. Diese Temperaturen werden jeweils von einem Temperatursensor TS erfasst und als messzellenspezifische Information an das Polarimeter 100 übermittelt.
  • Die Informationsübertragung von der jeweiligen Messzelle 120, 140 an die Auswerte- und Steuereinheit µC erfolgt zumindest auf einem Teil des Übertragungsweges (bevorzugt) drahtlos über elektromagnetische Wellen. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Informationsübertragung über Licht, bevorzugt Licht im Infraroten (IR) Spektralbereich. Wie bereits vorstehend erwähnt, können optional auch Daten, beispielsweise für eine Programmierung eines hier nicht dargestellten Speichers der Messzelle 120, 140, von der Auswerte- und Steuereinheit µC an die jeweilige Messzelle 120, 140 (optisch) übertragen werden.
  • Für eine solche (ggf. bidirektionale) optische Datenübertragung weisen beide Kalibrier-Zellen ein mobiles Sende-/Empfangssystem auf. Konkret weist die erste Messzelle 120 ein mobiles Sende-/Empfangssystem 130 auf und die zweite Messzelle 140 weist ein mobiles Sende-/Empfangssystem 150 auf. Auf der anderen „Kommunikationsseite“ weist das Polarimeter 100 ein stationäres Sende-/Empfangssystem 180 auf, welches (durch gestrichelte Linien angedeutet drahtgebunden) mit der Auswerte- und Steuereinheit µC gekoppelt ist.
  • Um eine möglichst gute Kommunikationsverbindung zu realisieren, weist das stationäre Sende-/Empfangssystem 180 des Polarimeters 100 eine erste stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung 182 sowie eine zweite stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung 184 auf. Wie aus 1 ersichtlich, ist die erste stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung 182 (räumlich) dem mobilen Sende-/Empfangssystem 130 der ersten Messzelle 120 zugeordnet. Der Kommunikationskanal zwischen der ersten stationären Sende-/Empfangsvorrichtung 182 und dem mobilen Sende-/Empfangssystem 130 ist mit dem Bezugszeichen 130a versehen. In entsprechender Weise ist die zweite stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung 184 (räumlich) dem mobilen Sende-/Empfangssystem 150 der zweiten Messzelle 140 zugeordnet. Der Kommunikationskanal zwischen der zweiten stationären Sende-/Empfangsvorrichtung 184 und dem mobilen Sende-/Empfangssystem 150 ist mit dem Bezugszeichen 150a versehen.
  • Die erste Messzelle 120 weist vorzugsweise ferner einen hier nicht dargestellten Speicher zum Speichern von für die Messzelle 120 spezifischen Informationen auf (beispielsweise Identifikationsdaten), wobei der Speicher kommunikativ mit dem mobilen Sende-/Empfangssystem 130 der ersten Messzelle 120 gekoppelt ist und wobei das mobile Sende-/Empfangssystem 130 konfiguriert ist, zumindest einige der Informationen drahtlos an das Polarimeter 100, genauer an die erste stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung 182, zu übermitteln. Bei dem Speicher handelt es sich vorzugsweise um einen elektronischen Speicher. Temperatursensor, Speicher und/oder mobiles Sende-Empfangssystem (z.B. die nachstehend beschriebenen Diode bzw. Double-Stack Diode) können auf derselben Platine angeordnet sein.
  • Auch die zweite Messzelle 140 weist vorzugsweise einen hier nicht dargestellten Speicher zum Speichern von für die Messzelle 140 spezifischen Informationen auf (beispielsweise Identifikationsdaten), wobei der Speicher kommunikativ mit dem mobilen Sende-/Empfangssystem 150 der zweiten Messzelle 140 gekoppelt ist und wobei das mobile Sende-/Empfangssystem 150 konfiguriert ist, zumindest einige der Informationen drahtlos an das Polarimeter 100, genauer an die zweite stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung 184, zu übermitteln. Vorzugsweise handelt es sich um einen elektronischen Speicher.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass mit dem stationären Sende-/Empfangssystem 180 (bzw. seinen beiden stationären Sende-/Empfangsvorrichtungen 182, 184) nicht nur Daten sondern auch Energie übertragen werden kann. Eine Energieübertragung von dem Polarimeter hin zu den Messzellen 120, 140 kann dazu verwendet werden, diejenigen elektronischen Komponenten in der jeweiligen Messzelle 120, 140 mit Energie zu versorgen, welche für den Betrieb des betreffenden Temperatursensor TS bzw. des betreffenden mobilen Sende-/Empfangssystems 130, 150 erforderlich ist. Zum Empfangen von Energie kann auf der Seite der Messzelle eine Double-Stack Diode verwendet werden. Zur Datenübertragung von der Messzelle zum stationären Sende-/Empfangssystem kann beispielsweise auch eine einfache Leuchtdiode bzw. eine einfache Photodiode eingesetzt werden.
  • 2 zeigt die optische Messvorrichtung 100, welche mit zwei Proben-Zellen bestückt ist. Eine erste Proben-Zelle ist mit dem Bezugszeichen 220 gekennzeichnet und weist, zur Aufnahme einer bevorzugt flüssigen Probe, ein Probenvolumen 221 auf. Die zweite Proben-Zelle ist mit Bezugszeichen 240 gekennzeichnet und weist, ebenfalls zur Aufnahme einer bevorzugt flüssigen Probe, ein Probenvolumen 241 auf.
  • Die beiden Proben-Zellen 220 und 240 weisen, genauso wie die beiden Kalibrier-Zellen 120 bzw. 220 jeweils einen Temperatursensor TS (zur Messung der Probentemperatur), ein mobiles Sende-/Empfangssystem 130 bzw. 150 sowie vorzugsweise jeweils einen hier nicht dargestellten Speicher auf. Die Kommunikationsverbindungen der beiden mobilen Sende-/Empfangssysteme 130, 150 mit dem Polarimeter 100 unterscheiden sich nicht von denen der beiden in 1 dargestellten Kalibrier-Zellen 120, 140 (mit dem Polarimeter 100) und werden deshalb an dieser Stelle nicht erneut beschrieben.
  • Bei den in den 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispielen können sowohl die Kalibrier-Zellen 120 und 140 als auch die Proben-Zellen 220 und 240 der optischen Messvorrichtung 100 jeweils um die optische Achse 105 gedreht werden. Dies erfolgt bevorzugt manuell von einem Benutzer. Dadurch werden Messungen des Drehwerts in unterschiedlichen Orientierungen der Messzellen ermöglicht.
  • 3 zeigt einen Teil einer optischen Messvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gezeigt ist lediglich ein Teil der Aufnahmeeinrichtung AE sowie eine der beiden eingelegten Proben-Zellen, nämlich die zweite Proben-Zelle 240. Auch bei dieser Ausführungsform kann die Proben-Zelle 240 um die optische Achse 105 herum gedreht werden. Durch eine Messung der optischen Aktivität einer Probe bei verschiedenen Winkellagen und einer anschließenden Mittelwertbildung der jeweils gemessenen optischen Drehwinkel kann die Messgenauigkeit des Polarimeters in bekannter Weise verbessert werden.
  • Für die gewünschte Drehung der Proben-Zelle 240 ist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein schematisch dargestellter Drehantrieb 363 vorgesehen, welcher mit einem Außenrand der Proben-Zelle 240 mechanisch wechselwirkt und bei einer entsprechenden Aktivierung eine definierte Drehung der Proben-Zelle 240 veranlassen kann. Bei anderen Ausführungsformen wird auf einen (motorischen Drehantrieb) verzichtet, so dass die Drehung der Proben-Zelle manuell durch eine Bedienperson zu erfolgen hat. Ein bereits vorstehend anhand von 1 für Kalibrier-Zellen erwähnter Speicher, in dem für die Proben-Zelle 240 spezifische Informationen hinterlegt sind, ist in 3 mit dem Bezugszeichen 364 gekennzeichnet.
  • Da sich das mobile Sende-/Empfangssystem 150, wie aus 3 ersichtlich, relativ weit außerhalb der optischen Achse 105 befindet, würde sich bei lediglich einer einzigen der Proben-Zelle 240 zugeordneten stationären Sende-/Empfangsvorrichtung 184, wie in 2 dargestellt, bei einer Drehung der Proben-Zelle 240 die Länge der Kommunikationsstrecke zwischen dem mobilen Sende-/Empfangssystem 150 ändern. Dies würde zu einer ungewünschten von der jeweiligen Winkellage der Proben-Zelle 240 abhängigen Verlässlichkeit und ggf. zu Störungen der Kommunikationsverbindung führen. Daher weist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die zweite stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung 384 eine Mehrzahl von stationären Sende-/Empfangseinheiten 388 auf, die verteilt entlang eines Umfangs um die optische Achse 105 herum angeordnet sind. Dadurch kann auch bei einer Drehung der Proben-Zelle 240 um die optische Achse 105 herum stets eine stabile (optische) Kopplung zwischen dem mobilen Sende-/Empfangssystem 150 der Messzelle 240 und zumindest einer der stationären Sende-/Empfangseinheiten 388 der stationären Sende-/Empfangsvorrichtung 384 weiter verbessert werden.
  • 4 zeigt eine optische Messvorrichtung 400 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die optische Messvorrichtung 400 ist in einem Betriebszustand gezeigt, in dem drei Messzellen in der Aufnahmeeinrichtung AE aufgenommen sind. Alle drei Messzellen sind Proben-Zellen, wobei eine erste Proben-Zelle mit dem Bezugszeichen 420, eine zweite Proben-Zelle mit dem Bezugszeichen 440, und die dritte Proben-Zelle mit dem Bezugszeichen 460 gekennzeichnet ist. Jede Proben-Zelle weist jeweils ein Probenvolumen auf, welches mit den Bezugszeichen 421, 441 bzw. 461 gekennzeichnet ist. Ferner weist jede Proben-Zelle jeweils ein mobiles Sende-/Empfangssystem auf, welches mit den Bezugszeichen 430, 450 bzw. 470 gekennzeichnet ist.
  • Damit jede der Messzellen 420, 440 und 460 zuverlässig mit der optischen Messvorrichtung 400 kommunizieren kann, weist diese ein stationäres Sende-/Empfangssystem 480 auf, welches drei stationäre Sende-/Empfangsvorrichtungen aufweist, eine erste stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung 482, eine zweite stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung 484 sowie eine dritte stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung 486. Wie aus den jeweiligen räumlichen Beabstandungen zu erkennen ist, ist die erste stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung 482 der ersten mobilen Sende-/Empfangssystem der ersten Messzelle 420 zugeordnet. In entsprechender Weise ist die zweite stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung 484 dem zweiten mobile Sende-/Empfangssystem 450 der zweiten Messzelle 440 zugeordnet und die dritte stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung 486 ist dem dritten mobile Sende-/Empfangssystem 470 der dritten Messzelle 460 zugeordnet.
  • Wie aus 4 ersichtlich, weist jede der drei Messzellen 420, 440 und 460 noch einen Temperatursensor TS auf, welcher Temperaturdaten an das jeweilige mobilen Sende-/Empfangssystem 430, 450 bzw. 470 sendet, damit diese drahtlos an die optische Messvorrichtung 400 bzw. genauer an die Auswerte- und Steuereinheit µC der optischen Messvorrichtung 400 über die jeweilige stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung 482, 484 bzw. 486 gesendet werden können.
  • Anschaulich ausgedrückt besteht zwischen den mobilen Sende-/Empfangssystemen 430, 450 und 470 eine „seitliche“ Kopplung mit jeweils einer stationären Sende-/Empfangsvorrichtung 482, 484 bzw. 486. Damit kann jede Messzelle unabhängig von den anderen Messzellen 420, 440, 460 unter anderem ihre Temperaturdaten über einen eigenen drahtlosen Kommunikationskanal an die Steuereinheit µC der optischen Messvorrichtung 400 übermitteln.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die mobilen Sende-/Empfangssysteme 430, 450 und 470 auch jeweils eine ringförmige Antenne aufweisen können, die um die jeweilige Messzelle 420, 440 bzw. 460 herum gewickelt ist. Dies würde auch bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel auch dann eine stabile drahtlose Kopplung zwischen Messzelle 420, 440, 460 und optischer Messvorrichtung 400 ermöglichen, wenn die jeweilige Messzelle beispielsweise aus den vorstehend erläuterten Gründen während einer Messserie mit verschiedenen Proben-Winkellagen um die optisch Achse 105 herum gedreht werden würde.
  • Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die stationären Sende-/Empfangsvorrichtungen je nach den speziellen Anforderungen der jeweiligen Anwendung als optoelektronischen Bauelemente entsprechend einer Lichterkette oder auch als Sende-/Empfangsvorrichtungen realisiert sein können, welche über Funkwellen wie beispielsweise RFID Signale mit dem mobilen Sende-/Empfangssystem 150 kommunizieren können. Gleiches gilt auch für alle anderen in diesem Dokument beschriebenen Ausführungsformen in Bezug auf die drahtlose Kopplung zwischen einer Messzelle und der jeweiligen optischen Messvorrichtung.
  • 5 zeigt eine optische Messvorrichtung 500, welche ebenfalls mit drei Proben-Zellen bestückt ist. Eine erste Proben-Zelle ist mit dem Bezugszeichen 520, eine zweite Proben-Zelle ist mit dem Bezugszeichen 540 und die dritte Proben-Zelle ist mit dem Bezugszeichen 560 gekennzeichnet ist. Auch hier weist jede Proben-Zelle jeweils ein nicht mit einem Bezugszeichen versehenes Probenvolumen zum Aufnehmen einer bevorzugt flüssigen optisch aktiven Probe auf. Im Gegensatz zu der optischen Messvorrichtung 400, bei der die Proben-Zellen jeweils mit einer seitlich in bzw. an der Aufnahmeeinrichtung AE angebrachten stationären Sende-/Empfangsvorrichtung kommunizieren, erfolgt bei der optischen Messvorrichtung 500 eine stirnseitige Kopplung. Eine solche stirnseitige Kopplung ist in 1, 2 und 3 für den Fall von zwei Messzellen dargestellt und vorstehend erläutert.
  • Zur Realisierung der stirnseitigen Kopplung weist ein stationäres Sende-/Empfangssystem der optischen Messvorrichtung 500 wie die in 2 dargestellte optischen Messvorrichtung 200 zwei stationäre Sende-/Empfangsvorrichtungen auf, eine erste stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung 182 und eine zweite stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung 184. Da von den drei Messzellen 520, 540 und 560 nur zwei Messzellen 520 und 540 räumlich nahe an dem stationären Sende-/Empfangssystem mit den beiden stationären Sende-/Empfangsvorrichtungen 582 und 584 angeordnet sein können, kann eine stabile Kopplung der dritten Messzelle 560 mit der optischen Messvorrichtung 500 nur über eine indirekte Kopplung über eine der beiden anderen Messzellen 520 oder 540 erfolgen. Demzufolge muss zumindest diese andere Messzelle zwei zumindest logisch getrennte mobile Sende-/Empfangssysteme aufweisen, wobei eines der beiden mobilen Sende-/Empfangssysteme mit der optischen Messvorrichtung 500 kommuniziert und die andere der beiden mobilen Sende-/Empfangssysteme mit der dritten Messzelle kommuniziert.
  • Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel kommuniziert die dritte Messzelle 560 indirekt über die erste Messzelle 520 mit der Auswerte- und Steuereinheit µC der optischen Messvorrichtung 500. Dafür weist die erste Messzelle 520 eine erstes mobiles Sende-/Empfangssystem 530 auf, welches mit der stationären Sende-/Empfangsvorrichtung 582 einen Kommunikationskanal bildet, der in 5 mit einem Doppelpfeil illustriert ist. Ferner weist die erste Messzelle 520 ein zweites mobiles Sende-/Empfangssystem 532 auf, welches mit einem ersten mobilen Sende-/Empfangssystem 570 der dritten Messzelle 560 einen ebenfalls mit einem Doppelpfeil illustrierten weiteren Kommunikationskanal bildet.
  • Um eine freie Austauschbarkeit der verschiedenen Messzellen zu ermöglichen, sind gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiele alle Messzellen gleich ausgebildet. Dadurch kann jede der Messzellen 520, 540 und 560 als diejenige Messzelle fungieren, welche Kommunikationssignale zwischen einer anderen Messzelle und der Auswerte- und Steuereinheit µC der optischen Messvorrichtung 500 weiterleitet. Es ist sogar möglich, dass die mittlere dritte Messzelle 560 auch sowohl über die zweite Messzelle 540 und die zweite stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung mit der Auswerte- und Steuereinheit µC kommuniziert.
  • Konkret weist also (in 5) auch die dritte Messzelle 560 zusätzlich zu dem ersten mobilen Sende-/Empfangssystem 570 ein zweites mobiles Sende-/Empfangssystem 572 auf. Außerdem weist auch die zweite Messzelle 540 zwei mobile Sende-/Empfangssysteme auf, nämlich ein erstes mobiles Sende-/Empfangssystem 550 und ein zweites mobiles Sende-/Empfangssystem 552.
  • 6 zeigt eine optische Messvorrichtung 600, welche ebenfalls mit drei Proben-Zellen 520, 540 und 560 bestückt ist. Bei dieser Ausführungsform besteht das stationäre Sende-/Empfangssystem 680 lediglich aus einer einzigen stationären Sende-/Empfangsvorrichtung, welche (beispielhaft) aus Sicht einer Lichtquelle des Polarisationszustand-Generators PSG an dem hinteren Bereich der Aufnahmeeinrichtung AE angeordnet ist. Dies bedeutet, dass gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel das Sende-/Empfangssystem 680 direkt lediglich mit der Messzelle 520 kommunikativ und gegebenenfalls auch energetisch koppelt. Die Kopplung mit der (mittleren) Messzelle 560 erfolgt indirekt über die beiden mobilen Sende-/Empfangssysteme der Messzelle 520. Die Kopplung des Sende-/Empfangssystems 680 mit der (rechten) Messzelle 540 erfolgt zweifach indirekt sowohl über die mittlere Messzelle 560 als auch die in 6 links dargestellte Messzelle 520.
  • 7a und 7b illustrieren in einer vereinfachten Darstellung einen Teil einer elektronischen Schaltung für ein mobiles Sende-/Empfangssystem 730a bzw. 730b. Eine ähnliche Schaltung kann auch für ein stationäres Sende-/Empfangssystem verwendet werden.
  • Die elektronische Schaltung des mobilen Sende-/Empfangssystems 730a weist als „kommunikatives“ Element eine Double-Stack Diode ED auf, welche gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel bzw. gemäß dem hier dargestellten Betriebszustand optische Signale empfängt. In anderen Ausführungsformen bzw. anderen Betriebszuständen kann die Double-Stack-LED ED auch als optisches Sendeelement fungieren. Ein elektrischer Anschlusskontakt der Double-Stack Diode ED ist mit einem Massepotential GND verbunden, der andere elektrische Anschlusskontakt ist für die elektrischen Signale vorgesehen, welche von der Double-Stack Diode ED in Antwort auf das Empfangen von optischen Kommunikations-Eingangssignalen erzeugt wurden.
  • Die elektronische Schaltung 730a weist zur Signalverarbeitung und/oder im „Sendefall“ zur Ansteuerung einer in 7a nicht dargestellten Daten-Sende Diode SD eine Parallelschaltung umfassend einen Kondensator C, einen Mikrocontroller MC sowie einen geeigneten Integrierter Schaltkreis Chip IC auf. Der Kondensator C fungiert als ein (Energie)Speicherkondensator, welcher im Empfangsfall von den Ausgangssignalen der Double-Stack Diode ED gespeist wird und eine kontinuierliche Energieversorgung des Mikrocontrollers MC sowie des Chips IC sicherstellt.
  • Die Double-Stack Diode ED hat den Vorteil, dass sie im Vergleich zu einfachen Empfangsdioden (beispielsweise Photodioden oder als Empfänger fungierende Leuchtdioden) als Antwort auf ein Empfangen von optischen Signalen elektrische Signale mit einem vergleichsweise hohen Spannungspegel erzeugt. Dadurch kann in der elektronischen Schaltung auf einen DC-DC Wandler verzichtet werden. Wie bereits vorstehend erläutert, kann die elektronische Schaltung 730a damit ohne einen DC-DC Wandler betrieben werden, was sowohl zu einer Bauteil- als auch zu einer Kostenersparnis führen kann. Das „Weglassen“ eines DC-DC Wandlers führt zudem zu einer Reduzierung des Energie- bzw. Leistungsbedarfes des (mobilen) Sende-/Empfangssystems 730a, so dass auf vorteilhafte Weise auf einen Energiespeicher wie beispielsweise eine Batterie zum Betrieb der betreffenden Messzelle verzichtet werden kann.
  • Die in 7b vereinfacht dargestellte Schaltung 730b stellt eine bevorzugte Ausführungsform für ein mobiles Sende-/Empfangssystem dar. Die Schaltung 730b ermöglicht eine Kommunikation im sog. Duplex-Betrieb. Dies bedeutet, dass sich Zeitfenster für eine Energieübertragung hin zu der Messzelle und Zeitfenster für einen Datentransport von der Messzelle hin zu einer hier nicht dargestellten stationären Sende-/Empfangsvorrichtung der betreffenden optischen Messvorrichtung abwechseln. Ein Umschalten zwischen Energieübertragung und Kommunikation / Datentransport erfolgt durch einen Schalter S.
  • Für den Energieempfang ist bei der Schaltung 730b wieder eine Double-Stack Diode ED zuständig. Daten werden in Pausen der „Energieübertragung“ mit einer üblichen Leuchtdiode SD an die betreffende optischen Messvorrichtung gesendet. Eine Diode D verhindert, dass in Energie-Sendepausen der Speicherkondensator C durch die nicht beleuchtete Double-Stack Diode ED entladen wird.
  • 8 zeigt eine optische Messvorrichtung 800, welche mit drei Proben-Zellen / Messzellen bestückt ist. Die Kommunikation der optischen Messvorrichtung 800 mit den Proben-Zellen 520, 540 und 560 erfolgt wie vorstehend anhand von 5 beschrieben.
  • Die optische Messvorrichtung 800 weist für jede Proben-Zelle eine Temperier-Vorrichtung auf. Die Temperier-Vorrichtungen sind jeweils direkt oder indirekt an der Aufnahmeeinrichtung AE angebracht. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Temperier-Vorrichtungen Peltier-Elemente, welche abhängig von der Richtung eines sie durchfließenden Stromes eine Temperaturerhöhung oder eine Temperaturerniedrigung der betreffenden Messzelle bewirken können.
  • Konkret umfasst die optische Messvorrichtung 800 (a) eine erste Temperier-Vorrichtung 811, welche mit der ersten Messzelle 520 thermisch gekoppelt ist, (b) eine zweite Temperier-Vorrichtung 812, welche mit der zweiten Messzelle 540 thermisch gekoppelt ist, und (c) eine dritte Temperier-Vorrichtung 813, welche mit der dritten Messzelle 560 thermisch gekoppelt ist. Die entsprechenden thermischen Kopplungen sind in 8 mit Doppelpfeilen 811a, 812a bzw. 813a illustriert.
  • Ein gemeinsamer Kühlkörper 815, an dem die Peltier-Elemente aller drei Temperier-Vorrichtungen thermisch angebunden sind, sorgt für einen Temperaturaustausch mit der Umgebung. Damit können die Temperier-Vorrichtungen 811, 812 und 813 einen effektiven Wärmetransfer ermöglichen.
  • Im Folgenden werden einige grundsätzliche Überlegungen des Erfinders zu der Frage einer möglichst guten Temperaturregelung von mehreren in einer optischen Messvorrichtung eingebrachten Messzellen erläutert.
  • Messzellen sollen in der Regel auf eine Referenztemperatur temperiert werden, um die Messwerte für die jeweilige optische Rotation direkt mit einem Referenzwert vergleichen zu können. Die Zeit, die vom Einfüllen einer flüssigen Probe in eine Proben-Zelle oder vom Einlegen einer Messzelle (Proben-Zelle oder Kalibrier-Zelle) benötigt wird, um eine gewünschte Temperatur zu erreichen, bestimmt maßgeblich die Gesamtzeit, die der Anwender für eine Messung aufwenden muss. Es ist offensichtlich, dass eine Verkürzung dieser Gesamtzeit wünschenswert ist. Eine Temperaturregelung für eine einzige Messzelle ist vergleichsweise einfach zu realisieren. Anders verhält es sich für mehrere gleichzeitig in einer Aufnahmeeinrichtung einer optischen Messvorrichtung eingelegte und zu temperierende Messzellen. Hier stellen sich an die Temperaturregelung zusätzliche Anforderungen.
  • Wenn beispielsweise zwei Messzellen, eine erste Messzelle M1 und eine zweite Messzelle M2, mit aktuellen Temperaturen von T1 bzw. T2 in die Aufnahmeeinrichtung eingelegt und bereits auf eine Zieltemperatur T0 temperiert sind (T0= T1 = T2), dann wird auch die Aufnahmeeinrichtung eine Temperatur nahe der Zieltemperatur T0 haben. Abweichungen der Temperatur der Aufnahmeeinrichtung von der Zieltemperatur hängen dabei von der Umgebungstemperatur ab.
  • Wird jetzt beispielsweise die zweite Messzelle M2 entnommen und durch eine dritte Messzelle M3 mit einer initialen / aktuellen Temperatur T3, die höher ist als T0 (T3 > T0) ersetzt, dann wird aufgrund von thermischen Kopplungen ein Temperaturausgleich initiiert. Dieser wird dafür sorgen, dass die neu eingelegte Messzelle M3 kälter wird und dass sowohl die verbliebene erste Messzelle M1 als auch die Aufnahmeeinrichtung wärmer werden. Wie schnell und in welchem Ausmaß dies geschieht, hängt von den thermischen Massen der Messzellen und der Aufnahmeeinrichtung ab. Eine gute Temperaturregelung wird dafür sorgen, dass möglichst schnell alle Messzellen die Zieltemperatur annehmen. Dafür sind mehrere Temperaturregelungsprozeduren möglich:
    1. 1. Gemeinsame Regelung auf eine mittlere Temperatur:
      • Die von den verschiedenen Messzellen ausgelesenen Temperaturen werden gemittelt. Ein einfacher Regler steuert die Temperier-Vorrichtungen gemeinsam. Diese Temperaturregelung kann auf besonders einfache Art und Weise realisiert werden, die trotzdem in vielen Fällen insbesondere dann zu guten Ergebnissen führen, wenn die Messzellen ungefähr gleiche thermische Massen haben.
    2. 2. Gemeinsame Regelung auf eine gewichtete mittlere Temperatur:
      • Hier werden die ggf. unterschiedlichen thermischen Massen der beteiligten Messzellen berücksichtigt. Informationen über die thermischen Massen können über die vorstehend im Detail erläuterte Kommunikation zwischen Messzelle und optischer Messvorrichtung ausgelesen werden. Die ausgelesenen Temperaturen der Messzellen werden dann mit ihren individuellen thermischen Massen gewichtet und daraus ein Mittelwert berechnet. Dieser wird für die gemeinsame Regelung der Temperier-Vorrichtungen verwendet. Dieser Regelungsansatz beschleunigt die Regelung insbesondere dann, wenn einzelne Messzellen gewechselt werden. Dies liegt anschaulich ausgedrückt daran, dass die Gewichtung den Ausgleich der gekoppelten thermischen Massen der Messzellen antizipiert.
    3. 3. Individuelle Temperaturregelung für verschiedenen Bereiche:
      • Dafür sollte bevorzugt eine optische Messvorrichtung verwendet werden, bei der in Strahlrichtung hintereinander mehrere Temperier-Vorrichtungen, so wie in 8 dargestellt, in bzw. an der Aufnahmeeinrichtung montiert sind. Für jede Messzelle wird dann separat ein eigener Regelkreis gebildet. Dabei umfasst ein Regelkreis die betreffende Messzelle bzw. genauer deren Temperatursensor und diejenige Temperier-Vorrichtung, welche der jeweiligen Messzelle räumlich am nächsten ist. So kann im Prinzip die Temperatur von jeder Messzelle mittels ihrer individuell gemessenen Temperatur geregelt werden. Dieser Ansatz funktioniert dann besonders gut, wenn die thermische Kopplung der Regelkreise untereinander vergleichsweise gering ist.
    4. 4. Allgemeiner Zustandsregler:
      • Mit Hilfe von spezifischen thermischen Informationen von den einzelnen Messzellen, bevorzugt übertragen über die vorstehend beschriebenen Kommunikationsverbindungen, kann ein thermisches Modell des Gesamtsystems gebildet werden. Ein sogenannter Zustandsregler kann dieses System mit Hilfe der gemessenen Temperaturen modellieren und auf besonders effiziente Weise regeln.
  • 9a bis 9d zeigen jeweils eine Proben-Messzelle mit einem optischen System zum Durchleiten von optischen Signalen zu einer anderen Proben-Messzelle. Wie nachstehend erläutert, werden die optischen Signale bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen sowohl für eine Übertragung von Kommunikationsdaten als auch für eine Übertragung von Energie verwendet. Das optische System umfasst jeweils zumindest einen Lichtwellenleiter, welcher etwas außerhalb der optischen Achse der optischen Messvorrichtung angeordnet ist. Daher benötigen die beteiligten Messzellen untereinander eine feste (Winkel)Orientierung. Diese feste Orientierung kann mittels geeigneter mechanischer Strukturen an den beteiligten Messzellen erfolgen, die bei einer gemeinsamen Messung der Proben-Zellen ineinander eingreifen. Dafür kommen beispielsweise stirnseitige Stifte in Frage, die in einer Messzelle fest eingepresst sind und die in der anderen Messzelle in ein geeignet dimensioniertes Loch eingreifen und dadurch bei der Drehung einer Messzelle eine Mitnahme bewirken. Dann können beide (oder auch mehr als zwei) Zellen in einem untereinander nicht drehbaren Verbund gemeinsam in der Aufnahmeeinrichtung um die optische Achse 105 gedreht werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgende Beschreibung der optischen Kopplung zwischen verschiedenen Messzellen unter Verwendung eines Lichtwellenleiters anhand von Proben-Zellen erfolgt. Selbstverständlich kann diese optische Kopplung auch genauso gut zwischen Kalibrier-Zellen realisiert werden.
  • In der in 9a dargestellten Ausführungsform ist links lediglich ein Teil einer Proben-Zelle 940a dargestellt, die mechanisch in eine andere Proben-Zelle 960a eingreift. Eine schematisch dargestellte Mitnahmestruktur 990 sorgt für den o.g. untereinander nicht drehbaren Verbund der beiden Zellen 940a und 960a. Die Mitnahmestruktur 990 umfasst ein als Stift ausgebildetes Mitnahmeelement 991 sowie auf Seiten der Proben-Zelle 960a eine Eingriffsöffnung.
  • Wie aus 9a ersichtlich, weist die Proben-Zelle 960a einen Lichtwellenleiter 968 auf, der radial außerhalb eines Probenvolumens 961 angeordnet ist. Ein optisches Koppelsystem 965a sorgt für eine optische Kopplung der beiden Proben-Zellen 940a und 960a miteinander. Ein optisches Koppelsystem 975a kann für eine optische Kopplung mit einer nicht dargestellten weiteren Proben-Zelle sorgen. Die optischen Koppelsysteme 965a und 975a weisen jeweils eine Linse 966 bzw. 976 auf, welche für eine geeignete Kollimation der Lichtwellen der übertragenen optischen Signale sorgen, die über den Lichtwellenleiter 968 übertragen werden. Anschaulich ausgedrückt wird das Licht also mit dem Lichtwellenleiter 968 durch die Proben-Zelle 960a hindurch geführt und an der anderen Seite so kollimiert, dass damit eine weitere Proben-Zelle mit optischen Signalen versorgt werden kann.
  • Um selbst auch mit optischen Signalen versorgt zu werden und um optische Signale an die betreffende optische Messvorrichtung zu senden, zweigt die Proben-Zelle 960a mittels eines Strahlteilers 967 lediglich einen Teil des Lichts ab. Dieses Licht kann, wie vorstehend bereits erläutert, sowohl für einen Datentransport auch für eine energetische Kopplung bzw. eine Energieversorgung der Proben-Zelle 960a dienen. Bei zwei hintereinander liegenden Proben-Zellen maximiert eine Strahlteiler-Reflektivität von 50% die Energie, welche die hintere Proben-Zelle erreicht. Bei drei Proben-Zellen führt eine Strahlteiler-Reflektivität von 33% zu einer optimalen Energieverteilung der beiden hinteren Proben-Zellen.
  • Wie ferner aus 9a ersichtlich, weist die Proben-Zelle 960a ferner einen Temperatursensor TS, ein mobiles Sende-/Empfangssystem 970 und eine Sende-/Empfangsdiode 971 auf. Die Bedeutungen und die Funktionen dieser Komponenten TS, 970 und 971 wurden bereits vorstehend im Detail erläutert und sollen, um den Umfang dieses Dokuments nicht weiter zu vergrößern, an dieser Stelle nicht noch einmal wiederholt werden.
  • In der in 9b dargestellten Ausführungsform einer Proben-Zelle 960b, welche mit einer stationären Sende-/Empfangsvorrichtung 982b der betreffenden optischen Messvorrichtung und mit einer weiteren Proben-Zelle 920b optisch gekoppelt ist, sind die optischen Koppelsysteme 965b und 975b derart ausgebildet, dass auf einen Strahlteiler verzichtet werden kann. Stattdessen werden ein Ende des Lichtwellenleiters 968 und die Sende-/Empfangsdiode 971 des mobilen Sende-/Empfangssystems (im Empfangsfall) gemeinsam von Licht beleuchtet, welches von der stationären Sende-/Empfangsvorrichtung 982b ausgesendet wird.
  • In der in 9c dargestellten Ausführungsform einer Proben-Zelle 960c welche mit einer stationären Sende-/Empfangsvorrichtung 982c der betreffenden optischen Messvorrichtung und mit einer weiteren Proben-Zelle 920c optisch gekoppelt ist, werden optische Koppelsysteme 965c und 975c verwendet, die ganz auf eine Fokussierung (durch Linsen) verzichten. Diese Ausführungsform ist zwar etwas „lichtschwach“, zeichnet sich aber durch eine besonders hohe Unempfindlichkeit gegenüber unerwünschten relativen Verdrehungen der beteiligten Proben-Zellen 920c und 960c aus. Die „Lichtschwäche“ kann durch die vorstehend beschriebene vorteilhafte Verwendung einer Double-Stack Diode zumindest teilweise kompensiert werden.
  • In der in 9d dargestellten Ausführungsform einer Proben-Zelle 960d welche mit einer stationären Sende-/Empfangsvorrichtung 982d optisch gekoppelt ist, weisen die beiden optischen Koppelsysteme 965d und 975d jeweils zwei optische Fenster auf. Ein erstes optisches Fenster des Koppelsystems 965d ist mit dem Bezugszeichen 965d-I bezeichnet. Das zweite optische Fenster des Koppelsystem 965d ist mit dem Bezugszeichen 965d-II bezeichnet. Das erste optische Fenster 965d-I dient der Weiterleitung der optischen Signale an eine weitere Proben-Zelle 920d. Das zweite optische Fenster 965-II dient zum Einspeisen und Ausspeisen von optischen Signalen an bzw. von der stationären Sende-/Empfangsvorrichtung 982d.
  • Es wird angemerkt, dass in diesem Dokument der Begriff „aufweisen“ nicht andere Elemente ausschließt und dass das „ein“ nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sollte auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.
  • BEZUGSZEICHEN:
    • LS
    Lichtquelle
    PSG
    Polarisationszustand-Generator
    AE
    Aufnahmeeinrichtung
    PSA
    Polarisationszustand-Analysator
    Det
    Detektor
    µC
    Auswerte- und Steuereinheit
    TS
    Temperatursensor
    100
    Optische Messvorrichtung
    105
    Analysestrahlengang / Messlicht / optische Achse
    120
    erste Messzelle / erste Kalibrier-Zelle
    122
    Referenzelement-Aufnahme
    123
    optisches Referenzelement / Quarzscheibe
    124
    weitere Referenzelement-Aufnahme
    125
    weiteres optisches Referenzelement / Quarzscheibe
    130
    mobiles Sende-/Empfangssystem
    130a
    Kommunikationskanal
    140
    zweite Messzelle / zweite Kalibrier-Zelle
    142
    Referenzelement-Aufnahme
    143
    optisches Referenzelement / Quarzscheibe
    150
    mobiles Sende-/Empfangssystem
    150a
    Kommunikationskanal
    180
    stationäres Sende-/Empfangssystem
    182
    erste stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung
    184
    zweite stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung
    220
    erste Messzelle / erste Proben-Zelle
    221
    Probenvolumen / Probe
    240
    zweite Messzelle / zweite Proben-Zelle
    241
    Probenvolumen / Probe
    363
    Drehantrieb
    364
    Speicher
    384
    stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung
    388
    stationäre Sende-/Empfangseinheiten
    400
    Optische Messvorrichtung
    420
    erste Messzelle / erste Proben-Zelle
    421
    Probenvolumen / Probe
    430
    mobiles Sende-/Empfangssystem
    440
    zweite Messzelle / zweite Proben-Zelle
    441
    Probenvolumen / Probe
    450
    mobiles Sende-/Empfangssystem
    460
    dritte Messzelle / zweite Proben-Zelle
    461
    Probenvolumen / Probe
    470
    mobiles Sende-/Empfangssystem
    480
    stationäres Sende-/Empfangssystem
    482
    erste stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung
    484
    zweite stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung
    486
    dritte stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung
    500
    Optische Messvorrichtung
    520
    erste Messzelle / erste Proben-Zelle
    530
    erstes mobiles Sende-/Empfangssystem
    532
    zweites mobiles Sende-/Empfangssystem
    540
    zweite Messzelle / zweite Proben-Zelle
    550
    erstes mobiles Sende-/Empfangssystem
    552
    zweites mobiles Sende-/Empfangssystem
    560
    dritte Messzelle / zweite Proben-Zelle
    570
    erstes mobiles Sende-/Empfangssystem
    572
    zweites mobiles Sende-/Empfangssystem
    582
    erste stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung
    584
    zweite stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung
    600
    Optische Messvorrichtung
    680
    stationäres Sende-/Empfangssystem
    730a/b
    (mobiles) Sende-/Empfangssystem
    ED
    Double-Stack Diode / Double-Stack LED
    C
    Kondensator
    Vcc
    Versorgungsspannung
    GND
    Massepotential
    MC
    Mikrocontroller
    IC
    Integrierter Schaltkreis
    D
    Diode
    SD
    Leuchtdiode / Sendediode
    S
    Schaltelement
    800
    Optische Messvorrichtung
    811
    erste Temperier-Vorrichtung / erstes Peltier-Element
    811a
    thermische Kopplung
    812
    zweite Temperier-Vorrichtung / zweites Peltier-Element
    812a
    thermische Kopplung
    813
    dritte Temperier-Vorrichtung / drittes Peltier-Element
    813a
    thermische Kopplung
    815
    gemeinsamer Kühlkörper
    940a/
    Proben-Zelle
    960a/b/c/d
    Proben-Zelle
    920b/c/d
    Proben-Zelle
    961
    Probenvolumen / Probe
    965a-d
    optisches Koppelsystem
    965d-I
    erstes optisches Fenster
    965d-II
    zweites optisches Fenster
    966
    Linse
    967
    Strahlteiler
    968
    Lichtwellenleiter
    970
    mobiles Sende-/Empfangssystem
    971
    Sende-/Empfangsdiode
    975a/b/c/d
    optisches Koppelsystem
    976
    Linse
    982b/c/d
    stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung
    990
    Mitnahmestruktur
    991
    Mitnahmeelement
    992
    Eingriffsöffnung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015122687 A1 [0004]
    • DE 102011005807 B4 [0005]

Claims (33)

  1. Optische Messvorrichtung (100) zum Bestimmen von polarisationsoptischen Eigenschaften einer Probe (241), die optische Messvorrichtung (100) aufweisend einen Polarisationszustand-Generator (PSG), welcher konfiguriert ist, ein entlang eines Analysestrahlengangs (105) propagierendes Messlicht mit einem definierten Polarisationszustand zu präparieren; eine Aufnahmeeinrichtung (AE), welche stromabwärts von dem Polarisationszustand-Generator (PSG) in dem Analysestrahlengang (105) angeordnet ist und welche zum Aufnehmen von zumindest einer ersten Messzelle (120) und einer zweiten Messzelle (140) ausgebildet ist; einen Polarisationszustand-Analysator (PSA), welcher stromabwärts von der Aufnahmeeinrichtung (AE) in dem Analysestrahlengang (105) angeordnet ist; einen Detektor (Det), welcher stromabwärts von dem Polarisationszustand-Analysator (PSA) in dem Analysestrahlengang (105) angeordnet ist, zum Detektieren einer Intensität des Messlichts; ein stationäres Sende-/Empfangssystem (180), welches konfiguriert ist, mit der ersten Messzelle (120) und/oder mit der zweiten Messzelle (140) zu kommunizieren; und eine Auswerte- und Steuereinheit (µC) zum Auswerten von Messsignalen von dem Detektor (Det) und/oder von dem Polarisationszustand-Analysator (PSA) und/oder von dem Polarisationszustand-Generator (PSG) unter Berücksichtigung von Informationen, die zwischen dem stationären Sende-/Empfangssystem (180) und zumindest einer der beiden Messzellen (120, 140) kommuniziert wurden.
  2. Optische Messvorrichtung (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das stationäre Sende-/Empfangssystem (180) konfiguriert ist, mit der ersten Messzelle (120) und/oder mit der zweiten Messzelle (140) drahtlos zu kommunizieren.
  3. Optische Messvorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das stationäres Sende-/Empfangssystem (180) zwei Sende-/Empfangsvorrichtungen (182, 184) aufweist, wobei eine erste stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung (182) der beiden Sende-/Empfangsvorrichtungen (182, 184) der ersten Messzelle (120) zugeordnet ist und die zweite stationäre Sende-/Empfangsvorrichtung (184) der beiden Sende-/Empfangsvorrichtungen (182, 184) der zweiten Messzelle (140) zugeordnet ist.
  4. Optische Messvorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei das stationäre Sende-/Empfangssystem (180) derart an einem Chassis der optischen Messvorrichtung (100) angebracht ist, dass das stationäre Sende-/Empfangssystem (180) von der ersten Messzelle (120) und/oder von der zweiten Messzelle (140) entlang einer Richtung parallel zu der optischen Achse (105) des Messlichts beabstandet ist.
  5. Optische Messvorrichtung (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das stationäre Sende-/Empfangssystem (180) eine Mehrzahl von stationären Sende-/Empfangseinheiten (388) aufweist, die verteilt entlang eines Umfangs um eine optische Achse (105) des Messlichts herum angeordnet sind.
  6. Optische Messvorrichtung (400) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei das stationäre Sende-/Empfangssystem (480) derart an einem Chassis der optischen Messvorrichtung (400) angebracht ist, dass das stationäre Sende-/Empfangssystem (480) von der ersten Messzelle (420) und/oder von der zweiten Messzelle (440) entlang einer Richtung senkrecht zu der optischen Achse (105) des Messlichts beabstandet ist.
  7. Optische Messvorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das stationäre Sende-/Empfangssystem (180) ferner konfiguriert ist, Energie zu der ersten Messzelle (120) und/oder der zweiten Messzelle (140) zu transferieren.
  8. Optische Messvorrichtung (800) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine erste Temperier-Vorrichtung (811), angeordnet und eingerichtet zum Temperieren der ersten Messzelle (520) und eine zweite Temperier-Vorrichtung (812), angeordnet und eingerichtet zum Temperieren der zweiten Messzelle (540).
  9. Optische Messvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das stationäre Sende-/Empfangssystem aufweist zumindest eine Multi-Stack Diode, insbesondere eine Double-Stack Diode.
  10. Optische Messvorrichtung (400) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aufnahmeeinrichtung (AE) ferner ausgebildet ist zum Aufnehmen einer weiteren Messzelle (460).
  11. Optische Messvorrichtung (400) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das stationäre Sende-/Empfangssystem (480) ferner konfiguriert ist zum Kommunizieren auch mit der weiteren Messzelle (460).
  12. Messzelle (520) für eine optische Messvorrichtung (500) zum Bestimmen von polarisationsoptischen Eigenschaften einer Probe (421), insbesondere für eine optische Messvorrichtung (500) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, die Messzelle (520) aufweisend ein erstes mobiles Sende-/Empfangssystem (530) zum drahtlosen Kommunizieren mit einer ersten Entität in einem System bestehend aus der optischen Messvorrichtung (500), der Messzelle (520) und optional zumindest einer weiteren Messzelle (560).
  13. Messzelle (520) gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend ein zweites mobiles Sende-/Empfangssystem (532) zum drahtlosen Kommunizieren mit einer zweiten Entität (560).
  14. Messzelle (520) gemäß dem vorangehenden Anspruch 13, wobei die Messzelle eine erste Messzelle (520) von zumindest zwei Messzellen (520, 560) ist, die erste Entität die optische Messvorrichtung (500) ist und die zweite Entität eine zweite Messzelle (560) von den zumindest zwei Messzellen (520, 560) ist.
  15. Messzelle (560) gemäß dem vorangehenden Anspruch 13, wobei die Messzelle eine zweite Messzelle (560) von zumindest drei Messzellen (520, 540, 560) für eine optische Messvorrichtung (600) ist, die erste Entität eine erste Messzelle (520) von den zumindest drei Messzellen ist (520, 540, 560), die zweite Entität eine dritte Messzelle (540) von den zumindest drei Messzellen (520, 540, 560) ist.
  16. Messzelle (520) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 15, wobei das erste mobile Sende-/Empfangssystem (530) konfiguriert ist, drahtlos Energie zu empfangen, wobei die drahtlos empfangene Energie insbesondere von einem stationären Sende-/Empfangssystem der optischen Messvorrichtung bereitgestellt wird.
  17. Messzelle (520) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 16, wobei die Messzelle (520) konfiguriert ist, Energie von einem Sende-/Empfangssystem (582) zu empfangen und zumindest einen Teil der empfangenen Energie an eine weitere Messzelle (560) zu transferieren.
  18. Messzelle (520) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 17, wobei das erste mobile Sende-/Empfangssystem (530, 730a) zumindest eine Multi-Stack Diode (ED), insbesondere eine Double-Stack Diode aufweist.
  19. Messzelle (960a) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 18, ferner aufweisend eine Mitnahmestruktur (992), welche ausgebildet ist, mit einer anderen Mitnahmestruktur (991) einer anderen Messzelle (940a) zu koppeln, so dass bei einem Drehen der Messzelle (960a) um eine optische Achse (105) von Messlicht, welches die Messzelle (960a) und die andere Messzelle (940a) durchdringt, auch die andere Messzelle (940a) in gleicher Weise gedreht wird.
  20. Messzelle (520) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 19, wobei die Messzelle eine Proben-Zelle (520) ist, welche eine Probenaufnahme (421) zum Aufnehmen einer Probe aufweist.
  21. Messzelle (120) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 19, wobei die Messzelle eine Kalibrier-Zelle (120) zum Kalibrieren der optischen Messvorrichtung (100) ist.
  22. Messzelle (120) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Kalibrier-Zelle (120) eine Referenzelement-Aufnahme (122) für eine Aufnahme eines optischen Referenzelements (123) aufweist, wobei das optische Referenzelement (123) ein Drehen der Polarisationsebene von einem linear polarisierten Messlicht um einen vorbestimmten Drehwinkel bewirkt.
  23. Messzelle gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Kalibrier-Zelle (120) zumindest eine weitere Referenzelement-Aufnahme (124) für eine Aufnahme eines weiteren optischen Referenzelements (143) aufweist, wobei das weitere optisches Referenzelement (143) ein Drehen der Polarisationsebene von dem linear polarisierten Messlicht um einen weiteren vorbestimmten Drehwinkel bewirkt.
  24. Messzelle (240) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 20, ferner aufweisend einen Speicher (364) zum Speichern von für die Messzelle (240) spezifischen Informationen, wobei der Speicher (364) kommunikativ mit dem ersten mobilen Sende-/Empfangssystem (150) gekoppelt ist und wobei das erste mobile Sende-/Empfangssystem (150) konfiguriert ist, zumindest einige der Informationen drahtlos an die optische Messvorrichtung (100) zu übermitteln.
  25. Messzelle (240) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 21, ferner aufweisend einen Sensor (TS) zum Messen des aktuellen Wertes von einer physikalischen Quantität von zumindest einer Komponente der Messzelle (240), wobei der Sensor (TS) direkt oder indirekt mit dem ersten mobilen Sende-/Empfangssystem (150) gekoppelt ist und wobei das erste mobile Sende-/Empfangssystem (150) konfiguriert ist, den aktuellen Wert drahtlos an die optische Messvorrichtung (100) zu übermitteln.
  26. Messzelle (240) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei der Sensor ein Temperatursensor (TS) ist und wobei der aktuelle Wert ein Temperaturwert ist.
  27. System zum Bestimmen von polarisationsoptischen Eigenschaften einer Probe, das System aufweisend eine optische Messvorrichtung (100,) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11 und zumindest eine Messzelle (120/220, 140/240) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 26.
  28. Verfahren zum Bestimmen von polarisationsoptischen Eigenschaften einer Probe unter Verwendung einer optischen Messvorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11, das Verfahren aufweisend Übermitteln von zumindest einer ersten Information, welche indikativ ist für einen Zustand und/oder die Art der ersten Messzelle (120), von der ersten Messzelle (120) an das stationäre Sende-/Empfangssystem (180); Übermitteln von zumindest einer zweiten Information, welche indikativ ist für einen Zustand und/oder die Art der zweiten Messzelle (140), von der zweiten Messzelle (140) an das stationäre Sende-/Empfangssystem (180); und Auswerten von Messsignalen von dem Detektor (Det) und/oder von dem Polarisationszustand-Analysator (PSA) und/oder von dem Polarisationszustand-Generator (PSG) unter Berücksichtigung der ersten Information und der zweiten Information.
  29. Verfahren gemäß Anspruch 28, wobei zumindest eine von der ersten Messzelle (120) und der zweiten Messzelle (140) eine Kalibrier-Zelle (120, 140) ist, wobei die Kalibrier-Zelle (120, 140) eine Referenzelement-Aufnahme (122, 142) und ein optisches Referenzelement (123, 143) aufweist, welches fest mit der Referenzelement-Aufnahme (122, 142) verbunden ist, und wobei die Kalibrier-Zelle (120, 140) einen Speicher (364) aufweist, in welchem für die Kalibrier-Zelle (120, 140) charakteristische Informationen gespeichert sind.
  30. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 28 bis 29, wobei die optische Messvorrichtung eine optische Messvorrichtung (800) gemäß Anspruch 8 ist und wobei sowohl die erste Messzelle (520) als auch die zweite Messzelle (540) jeweils eine Messzelle gemäß Anspruch 26 sind, wobei das Verfahren ferner aufweist Messen eines ersten Temperaturwertes für die erste Messzelle (520), wobei der erste Temperaturwert die erste Information darstellt; Messen eines zweiten Temperaturwertes für die zweite Messzelle (540), wobei der zweite Temperaturwert die zweite Information darstellt; Bestimmen einer Stellgröße basierend auf dem ersten Temperaturwert und dem zweiten Temperaturwert; und Ansteuern der ersten Temperier-Vorrichtung (811) und der zweiten Temperier-Vorrichtung (812) basierend auf der bestimmten Stellgröße.
  31. Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei die Stellgröße eine erste Stellgröße für die erste Temperier-Vorrichtung (811) und eine zweite Stellgröße für die zweite Temperier-Vorrichtung (812) aufweist, wobei die erste Temperier-Vorrichtung (811) basierend auf der ersten Stellgröße und unabhängig von der zweiten Stellgröße angesteuert wird und die zweite Temperier-Vorrichtung (812) basierend auf der zweiten Stellgröße und unabhängig von der ersten Stellgröße angesteuert wird.
  32. Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei wobei die Stellgröße indikativ ist für eine mittlere Temperatur zwischen dem ersten Temperaturwert und dem zweiten Temperaturwert, wobei die erste Temperier-Vorrichtung (811) und die zweite Temperier-Vorrichtung (812) beide basierend auf der mittleren Temperatur angesteuert werden.
  33. Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei die Stellgröße indikativ ist für eine gewichtete mittlere Temperatur zwischen (i) dem ersten Temperaturwert, gewichtet mit einer ersten thermischen Masse der ersten Messzelle (520), und (ii) dem zweiten Temperaturwert, gewichtet mit einer zweiten thermischen Masse der zweiten Messzelle (540), wobei die erste Temperier-Vorrichtung (811) und die zweite Temperier-Vorrichtung (812) beide basierend auf der gewichteten mittleren Temperatur angesteuert werden.
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