用于测量试样的偏振光学性质的光学测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于测量试样(特别是液体试样)的偏振光学性质的光学测量系统。
【背景技术】
[0002]作为偏振计形成的光学测量系统可以测量试样的不同的偏振光学性质。在最简单的情况下，测量由试样的光学活性导致的线性偏振光的振荡平面的变化，即所谓的旋光。然而也可以测量试样的其它偏振光学性质，乃至于完全确定所谓的米勒矩阵，该矩阵是用于斯托克斯向量的变换矩阵。斯托克斯向量以已知的方式描述电磁波的偏振状态。米勒矩阵将各个试样就其与电磁波的相互作用进行表征。米勒矩阵尤其描述电磁波的偏振状态的变化，例如在试样界面上反射的情况下或者在电磁波穿过试样透射的情况下。
[0003]用于测量试样的偏振光学性质的偏振计包括机械支架结构，在该支架结构上通过合适的夹具安装与测量有关的组件。这些组件包括光源，该光源沿着偏振计的光学轴发出准直的测量光。为了产生准直的测量光，可以使用光阑和/或透镜。测量光穿过偏振状态发生器(PSG)，该偏振状态发生器产生测量光的限定的偏振状态。此后，测量光透射待检验的试样。在液体试样的情况下，试样存在于样品池中。测量光的偏振状态在穿过试样的过程中被改变并通过偏振状态分析器(PSA)进行检测。
[0004]为了达到测量精度，对偏振计的结构的机械稳定性提出了最高的要求。尤其是，必须避免制约精度的元件PSG和PSA之间的扭转。这可以通过相应地以单体方式实施的机械支架结构来实现，在该支架结构上安装制约偏振计的测量精度的组件。以单体方式实施的支架结构导致相关的偏振计不仅特别重，而且还具有相对较大的结构形式。
[0005]本发明基于如下的任务:优化光学测量系统的结构，以使得它可以以简单的方式以紧凑的结构形式实现。
【发明内容】
[0006]该任务通过独立权利要求的主题得以解决。本发明的有利实施方案记载于从属权利要求中。
[0007]根据本发明的第一方面，记载了用于测量试样的偏振光学性质的光学测量系统。该光学测量系统具有(a)光源，该光源设置为用于沿着光学测量系统的分析光路的光学轴发出测量光，(b)偏振状态发生器，该发生器在光源下游布置于分析光路中并且被配置为为测量光提供限定的偏振状态，(C)试样容器，该试样容器在偏振状态发生器下游布置在分析光路中并且被形成为接纳待测试样，(d)偏振状态分析器，该分析器在试样容器下游布置在分析光路中并被配置为测量穿过试样后测量光的偏振状态，以及(e)机械支架结构，在该支架结构上至少直接安置偏振状态发生器、试样容器以及偏振状态分析器。
[0008]所描述的光学测量系统基于如下认识:通过将至少一些组件、尤其是光学组件直接布置并固定在机械支架结构上，可以将作为偏振计形成的光学测量系统以特别紧凑的结构形式实现。直观地说，偏振计所需的大部分传感器以及待测试样可以座落在机械支架结构上。由此，以简单的方式改善了整个光学测量系统的机械稳定性并且可以在较轻的结构形式的情况下降低易震动性以及特别是易扭转性。特别是，偏振状态发生器(PSG)和偏振状态分析器(PSA)之间的相对扭转的高易感性将导致测量精度的显著恶化。
[0009]概念“测量光”在本文中指的是任何种类的电磁辐射，该电磁辐射可与偏振光学试样发生相互作用以使得在穿过试样的过程中该电磁辐射的偏振发生改变。该测量光可以具有大程度的单色辐射或者具有不同波长的宽波段辐射。该测量光可以具有任何可见和不可见光谱区域中的辐射。优选地，测量光对于人眼是可见的。然而，测量光也可以是红外或紫外测量光。当然，所述光学测量系统的所应用的光学组件的类型应当适配于测量光的光谱。因此概念“光”或“光学”在本文中要做宽泛的解释，不局限于人眼可见的光谱区域。
[0010]概念“下游”在本文中指的是沿着分析光路的光学轴的方向，光学测量系统中的测量光沿着该方向传播。
[0011]机械支架结构的概念可以理解为任何实体形成的基础元件，该基础元件具有所需的机械稳定性，以将光学测量系统的相关组件彼此保持在精确限定的相对空间位置上。机械支架结构可以由单体部件例如单块(金属)板组成，或者可以具有这样的单体部件。作为替代或者组合，机械支架结构也可以具有具有尽可能高的机械稳定性的机架结构。这种机架结构例如用于光学实验，在该光学实验过程中将多个光学组件例如通过预先打孔的并设有螺纹的孔进行固定，并且可以以简单的方式通过相应的螺纹连接的拆开而固定在机架结构表面上的另一位置。
[0012]因为按照本发明机械支架结构将光学测量系统的光学组件固定，也可以将所述支架结构称为所谓的光具座。由于将光学测量系统的光学组件直接布置在光具座上，在本文中也将机械支架结构称为整体光具座(1B)。
[0013]“直接安置”在本文中尤其可以指将相关组件在没有底座结构(该底座结构将相关组件与机械支架结构(的表面)间隔开)的情况下安置在机械支架结构上。然而应当指出，各个组件也可以具有外壳。在这种情况下，不是光学组件的各个光学元件本身而是相关光学组件的外壳直接固定在机械支架结构上。
[0014]应当指出，不是所有的组件都必须安装在机械载体结构上。将安装稳定性制约光学测量系统的测量精度的那些组件安装在机械支架结构上即可。因此，例如光源可以具有光发生元件，例如激光器或发光二极管，以及光源导线，其中可以另外安装光发生元件(必要的情况下包括波长选择元件)，并且由光发射元件产生的测量光通过光源导线引入光学测量系统的分析光路中。
[0015]还应当指出的是，光源和PSG也可以通过总的光学组件实现。这种总的光学组件可以例如是激光器，该激光器已发出线性偏振的激光，该激光构成具有限定的偏振状态的测量光。
[0016]PSA同样可以由多个光学组件或光电组件组成。尤其是，偏振状态分析器可以具有光检测器和仅仅允许具有特定偏振的光入射到光检测器上的光学元件。
[0017]根据本发明的一种实施例，光学测量系统进一步具有外壳，该外壳至少将偏振状态发生器和偏振状态分析器包围，其中试样容器存在于该外壳外部。
[0018]试样容器在外壳外部的布置具有如下优点:待测量的试样可以以简单的方式与另一个将通过随后的测量过程进行测量的试样进行交换。同时，将所述光学测量系统的核心光学组件PSG和PSA(它们是光学测量系统的通常很敏感的组件)通过外壳保护以免受不期望的外界影响。
[0019]试样容器可以尤其存在于外壳的外壁上，以使得所述的光学测量系统可以进一步以特别紧凑的结构形式实现。
[0020]为了实现根据本发明的试样容器在机械支架结构上的直接布置，外壳可以在试样容器的区域中具有中断和/或机械支架结构的表面可以在试样容器的区域中构成外壳的一部分。
[0021]通过所述的外壳，可以保护整个光学测量系统(然而特别是测量系统的光学组件)以免遭受所形成的冷凝物。在这种情况下，可以将外壳的内部空间以气密的方式与环境隔离。由于整个光学测量系统的以上所解释的紧凑结构方式，该气密隔离可以以很简单的方式实现。作为替代或者作为组合，外壳的内部空间也可以用干燥空气或者保护气体进行填充或吹扫。
[0022]根据本发明的另一种实施例，将试样容器形成为用于接纳样品池，尤其是用于接纳流通样品池。这样，还可以以有利的方式用所述的光学测量系统测量液体试样。因为所述的光学测量系统在实践中最常用作偏振计，因此可以将其在光学分析领域中用于多种应用。
[0023]优选地将样品池布置为使得样品池的进入窗和排出窗与测量光的光束垂直取向。该要求可以用所述的光学测量系统以自动的方式满足，因为将试样容器直接安置在机械支架结构上导致，在样品池以通常的空间固定(但是可拆卸)的方式固定在试样夹具中或试样夹具上情况下的试样夹具，将样品池以精确限定的相对空间位置与光学支架结构连接。
[0024]试样夹具应当形成为使得在替换样品池的情况下将新的样品池可再现地放置在正确的空间位置。
[0025]光学测量系统的以上所述外壳和/或试样容器可以形成为使得试样容器的区域相对于光学测量系统的内部空间被密封。由此可以防止在液体从样品池不期望地泼溅或者排出的情况下光学测量系统的内部空间被液体试样污染。这尤其适用于接头或套管，通过所述接头或套管将在流通中待检测的液体试样引入流通样品池中并再次引出。
[0026]根据本发明的另一种实施例，将试样容器通过形成于机械支架结构中的凹槽实现。这意味着机械支架结构至少部分地承担试样空间壁面的功能。在液体试样的偏振光学测量的情况下以及在试样液体的意外泼溅的情况下，将其收集在凹槽(其也可以称为凹穴)中，并可以以简单的方式(例如通过简单的擦除)从那里去除。由此简化了光学测量系统的在必要情况下所需的清洁。
[0027]根据本发明的另一种实施例，该光学测量系统进一步具有控温装置，该控温装置可安置在机械支架结构上以使得存在于试样容器中的试样可间接通过机械支架结构进行控温。
[0028]所述控温装置使得可以将光学测量系统也应用于其中试样的偏振光学性质取决于温度的偏振光学测量。因为对于大多数试样没有确立温度校正，因此为了可比较的测量，必须将这些试样控温在限定的测量温度上。在药典中，对于偏振光学测量，经常要求例如20°C或25°C的温度。
[0029]应当指出，这里所述的控温装置在机械支架结构上的布置是完全新的插入点，以实现待测试样的控温。在可用于对待测试样进行控温的已知的偏振计的情况下，通常试图将机械支架结构(在该支架结构上间接地通过合适的夹具安置偏振计的光学组件)排除在控温之外，并代之以尽可能直接地对待测试样进行控温。
[0030]根据本发明的另一种实施例，将控温装置安置在机械支架结构的第一侧上并且