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_4

文档序号:9233986阅读:来源:国知局
溅的试样液体进入光学测量系统200的内部空间中,并保证相对于由外壳110提供的试样空间壁面252,喷溅的试样液体向下流走。因此以下措施就已足够:通过各自的重叠实现两个密封衬垫254,以使得在试样空间壁面252上向下流动的液体滴落到试样空间150的下部区域中。或许甚至可以将与外壳110结合的试样空间壁面252完全省略,而光具座220的突起222直达外壳的上侧。
[0110]如图2所示,在这些突起222中形成分别用虚线表示的孔,使得测量光130可以穿过两个突起222。当然,该孔可以设有光学透明的然而以其它方式密封的窗,以使得此外还产生光学测量系统200的内部空间和试样空间150之间的良好密封。
[0111]图3示出一种光学测量系统300,它与光学测量系统100相比还具有控温装置370。具有至少一个热电元件372和一个冷却器374的控温装置370安置在机械支架结构120或光具座120的下侧上。控温装置370的固定可以例如通过导热性的粘合剂实现。热电元件372可以例如是Peltier元件。
[0112]应当指出,在这里所述的实施例的情况下,与实现待测试样的控温的已知偏振计相对,不是尽可能直接地而是间接地通过经由光具座120的导热对试样进行控温。通过待测试样的这种控温,简化了整个光学测量系统的300的结构。
[0113]为了保证待测试样的良好控温,应当将光具座120和样品池190形成为使得它们之间产生良好的热接触。如以上所述,热电元件372对整个光具座120进行控温,并穿过该光具座也对样品池190或者存在于样品池中的试样液体进行控温。因为偏振状态发生器PSG和偏振状态分析器PSA直接安装在光具座120上,因此通过样品池190的控温也对光学组件PSG和PSA进行控温。
[0114]在这方面,首先看上去出人意料的是,该结构不必然导致显著的由这种控温引起的测量误差。当通过合适的控温调整温度偏差时,通过热电元件372改变的热量被泵送并在光具座120中形成温度梯度。由于所产生的热膨胀,在光具座120中发生应力和扭转,这导致测量偏差。然而,该效应明确地取决于光具座120的温度。因此当要在预定的温度下测量试样时,必须首先控制温度并且当试样温度达到稳定时才进行测量。然而,也需要光具座120的温度达到稳定,以使得动态应力消失并调整扭转状态,该扭转状态由光具座120的静态温度确定。在样品池190和光具座120的合适的接触面构造的情况下,试样和光具座120之间的残余温度差小,因此可以以良好的近似得出测量温度明确地并且可再现地决定光具座120的扭转状态并因此决定测量偏差。
[0115]采用这里记载的偏振计300,可以以已知的方式用空的样品池或者用填充了光学惰性溶剂的样品池进行参比测量,并且将结果从试样的实际偏振光学测量中扣除。这种称为“置零”的过程既用于补偿静态扭转,也用于补偿由双折射在样品池末端玻璃中引起的测量误差。因此,以上所述的可再现的测量偏差在正常的置零情况下有效地被消除。
[0116]因此,直观地说,也存在由整个光具座120的控温所产生的测量技术上的优点。当制约光学测量系统300的精度的组件例如偏振状态发生器PSG和偏振状态分析器PSA在具有良好热接触的情况下安装在光具座120上时,也可再现地对测量温度进行了控温。因此,也可以在光学测量系统300置零的情况下考虑其温度依赖性。通过所有制约精度的组件的明确的控温,可以实现光学测量系统300的特别好的偏差性能。
[0117]从图3可以看出,光学测量系统300与图1中所示的光学测量系统100的区别还在于,外壳310的下侧与机械支架结构或光具座120的下侧叠合。换言之,光具座120的下侧构成外壳310的一部分。这导致控温装置370处于光学测量系统300的外壳310的外部。这具有如下优点:从冷却器374向环境的热量排放既不涉及光学测量系统300的内部空间,也不涉及光学测量系统300的试样空间150。这实现了待测试样的特别精确的控温。未被Peltier兀件372覆盖的光具座120的下侧为此可以与环境热隔尚。
[0118]图4示出一种光学测量系统400,该测量系统具有将控温装置370包围的外壳110。除了控温装置370以外,光学测量系统400与图2中所示的光学测量系统200对应。
[0119]控温装置370可以由多个热电元件组成。它们可以在必要的情况下配以独立的冷却器374。热电元件372可以用持久弹性的热熔胶固定在光具座220和冷却器上,或者通过螺钉连接固定在光具座120和冷却器374之间。该固定优选地以直线螺钉固定沿着分析光路130a的光学轴进行。
[0120]图5示出根据本发明的另一种实施例的光学测量系统500。与图4中所示的光学测量系统400不同,在光学测量系统500中,机械支架结构一共划分成三个片段。该机械支架结构因而以多体方式形成并具有第一支架元件520a、第二支架元件520b和第三支架元件520c。三个支架元件520a、520b和520c布置成与测量光130a的光路平行取向的一排。第一支架元件520a和第三支架元件520c通过第一耦合结构525a彼此连接。第三支架元件520c和第二支架元件520b通过第二耦合结构525b彼此连接。
[0121]在第一支架元件520a上存在光源130和偏振状态发生器PSG,所述光源和偏振状态发生器直接安置在第一支架元件520a的表面上。在第二支架元件520b上存在偏振状态分析器PSA,所述偏振状态分析器同样直接安置在表面上。在第三支架元件520c上存在试样容器150或者位于其中的样品池190,其直接安置在表面上。从图5可以看出,在第三支架元件520c的下侧上安置控温装置370。
[0122]分别在两个相邻的支架元件之间的缝隙对于机械支架结构内部的热流而言构成大的屏障。两个耦合结构525a、525b具有与单体元件相比明显较差的导热性。因此,光学系统500的光学组件,即(a)布置在第一支架元件520a上的光源130和偏振状态发生器PSG以及(b)布置在第二支架元件520b上的偏振状态分析器PSA与第三支架元件520c、并因此与控温装置370在热学方面在大的程度上脱耦。因此,试样的控温不会自动地导致核心光学组件PSG和PSA的温度变化。
[0123]如以上所述,耦合机构也可以保证例如在第三支架元件520c中发生的(并且例如由控温装置370导致的)机械应力不传递到其它支架元件520a和520b上。因为这种传递的机械应力也可以导致偏振状态发生器PSG和偏振状态分析器PSA之间的不期望的扭转,因此可以通过相邻的支架元件之间的某种机械脱耦相应地改善光学测量系统500的测量精度。
[0124]两个耦合结构525a和525b以及在必要的情况下在冷却器374、热点元件372和第三支架元件520c之间的其它机械耦合可以实施为使得控温装置370的扭转尽可能少地传递到两个支架元件520a和520b上。合适的耦合可以例如通过胶粘、仅仅沿着中轴的螺钉连接或者通过所谓拉杆压紧(Stangenandruck)的装配来实现。
[0125]图6示出一种光学测量系统600,其中机械支架结构具有两个支架元件620a和620b,这两个支架元件在垂直于测量系统600的光学轴130a方向的方向上彼此间隔开。直观地说,第一支架元件620a位于第二支架元件620b上方。
[0126]在两个支架元件620a和620b之间的缝隙中存在耦合机构625。将该耦合机构625形成为使得在第二支架元件620b中例如由控温装置370导致存在的机械应力不传递到第一支架元件620a上并因此不传递到光学测量系统600的光学组件上。
[0127]耦合机构625也对于两个支架元件620a、620b之间的导热而言构成屏障。尽管如此,为了实现第一支架元件620a的控温并因此实现存在于第一支架元件620a上的样品池190的控温,将两个支架元件620a和620b的彼此相对的表面设置为使得两个支架元件620a和620b之间可以通过热辐射进行传热。在这种情况下,两个支架元件620a和620b的热耦合通过两个支架元件620a和620b的相对较大的彼此面对的表面得以改善。为了改善热親合,可以在支架元件620a和支架元件620b之间提供用于通过液体或热垫进行传热的手段。因此,在光学测量系统600的情况下也可以通过控温装置370的合适操作对存在于样品池190中的液体试样间接地通过第二支架元件620b和第一支架元件620a进行控温。同时,有效地防止了机械应力从控温装置370传递到第一支架元件620a上并因此传递到存在于第一支架元件620a上的光学测量系统600的组件。因此,即使在光学测量系统600的很简单且紧凑的机械结构的情况下,也可以保证高测量精度。
[0128]图7a和7b示出装置的一种优选实施方案,通过其既可以实现图6中所示的光学测量系统600的耦合机构625,又可以实现热电元件372在第二(下部)支架620b上的良好的热连接。图7a示出侧视图(如图6)或者在XZ平面中的剖面图。图7b是沿着z方向的俯视图,从而示出了笛卡尔xyz坐标系中的yz平面中的布置。
[0129]根据这里所示的实施例,耦合机构通过螺钉625实现,该螺钉将热电元件372夹入冷却器374和第二(下部)支架元件620b之间。螺钉625精确地沿着偏振计的光学轴布置。在图7a和7b中所示的装置上放上这里未示出的光具座620a。该光具座在光学轴的方向上具有空隙,该空隙用于接纳作为螺钉形成的耦合元件625的螺钉头。
[0130]耦合沿着平行于光学轴的线进行。当使用多个热电元件372时,优选将热电元件沿着该线放置成一排。
[0131]应当指出,这里所述的布置也可以应用于控温装置370在图3、4和5中所示的光具座120、2
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