(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体試料を分析するための光学装置であって、
試料を平面照射する光を生成するための光生成システムと、
平面照射のために用意された光が試料を透過することに由来する光を位置分解して検知するために設置される検知システムと、
試料と検知システムの間にレンズを有し、およびレンズと検知システムの間にレンズの焦点面に開口絞りを有するテレセントリック光学系と、を備え、
前記光生成システムはさらに、光軸に沿って試料を通って伝播する測定光線を生成するために形成され、
当該光学装置は、さらに、試料の上流側で光軸内に配置され、および、光生成システムと共に、測定光線に限定された偏光状態を生成するために調整された偏光状態発生器と、検知システムの少なくとも一部の上流側で分析光路内に配置されることができる、試料を透過する光の偏光状態を変更するための偏光状態分析器と、
を備える光学装置。
【請求項２】
テレセントリック光学系は、開口絞りと検知システムの少なくとも一部分との間に別のレンズを備え、別のレンズは、光軸に沿った試料の投影像の二重テレセントリック結像を検知システム上に得るために、開口絞りが別のレンズの物体側焦点面にあるように形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
さらに、光軸内に配置可能なホモジナイザを備え、平面照射のために用意された光が測定光線の透過を用いてホモジナイザによって生成される、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
ホモジナイザは、測定光線または平面照射のために用意された光を交互に試料へ向けるために、光軸から旋回取出し可能であり、および光軸へ旋回挿入可能である、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
光生成システムは、平面照射のために用意された光を生成するための第１光源と、測定光線を生成するための第２光源とを備え、装置は平面照射のために用意された光および／または測定光線を試料へ向けるために、照明反射鏡を備える、請求項１から４のいずれか一項記載の装置。
【請求項６】
照明反射鏡は、平面照射のために用意された光も測定光線も試料へ向けるために部分透過性であり、平面照射のために用意された光は測定光線に含まれる波長を含まず、検知システムは波長選択性構成要素を備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
照明反射鏡は、照明反射鏡の異なる位置において、平面照射のために用意された光または測定光線を交互に試料へ向けるために動かすことが可能であり、平面照射のために用意された光は測定光線の波長と同じ波長を備える、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
検知システムは、少なくとも平面照射のために用意された光が試料を透過することによって生成される光を検知するための平面検知器を分析光路内に備える、請求項１から７のいずれか一項記載の装置。
【請求項９】
平面検知器は、偏光状態分析器が分析光路内に旋回挿入された場合に、試料を透過した測定光線を検知するために設置される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
分析光路は第１分析光路と、第１分析光路とは異なる第２分析光路とを備え、検知システムは、第１分析光路内に平面照射のために用意された光が試料を透過することによって生成する光を検知するための平面検知器を、および偏光状態分析器の下流側の第２分析光路内に試料を透過した測定光線を検知するための光検知器を備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
さらに、試料と検知システムの間に配置されて、および試料を透過した光の一部を第１分析光路に沿って平面検知器へ、かつ試料を透過した光の別の一部を第２分析光路に沿って光検知器へ導くために調整される分光器を備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
さらに、試料を透過した光を第１分析光路に沿って平面検知器へ、または第２分析光路に沿って光検知器へ交互に導くために、試料と検知システムの間に旋回挿入可能に、かつ旋回取出しが可能なように配置される反射体を備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
さらに、検知システムからの信号を受信する処理・制御システムを備え、その信号に基づいて処理・制御システムは、光軸に沿った試料の光学的投影像を代表する透過された試料の二次元画像を判定し、処理・制御システムは試料内部の不均質性を検知するため、二次元画像を表示し、および／または記憶し、および／または画像処理によって分析するために形成される、請求項１から１２いずれか一項記載の装置。
【請求項１４】
処理・制御システムは、偏光状態発生器および／または偏光状態分析器を制御するために形成され、その結果、検知システムによって検知される強度を最小化するために、偏光状態発生器および／または偏光状態分析器を通る光の偏光方位が調整され、
処理・制御装置は、調整された方位から試料の少なくとも１つの光学特性、測定光線による試料の透過に基づく光の偏光方向回転の回転値、および／または試料内の光学活性成分の濃度を確認するために形成される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
さらに、ホモジナイザ、および／または反射体、および／または偏光状態分析器を光軸内または分析光路内に旋回挿入し、および／または旋回取出しするために、作動装置を備える、請求項１から１４のいずれか一項記載の装置。
【請求項１６】
さらに、試料を収納する試料容器を支持するための試料支持器を備え、試料の温度を測定するための温度センサを備える、請求項１から１５のいずれか一項記載の装置。
【請求項１７】
平面照射のために用意される光が、均質化されている、請求項１から１６のいずれか一項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
提供する発明は光学装置、特に液体試料を分析するための偏光計に関し、光学装置は液体試料中の不均質性を検出するために形成される。さらに、光学装置は主として、液体試料の等方性偏光特性を測定するために形成される。
【背景技術】
【０００２】
偏光計を使用する従来の偏光測定において、光源と偏光子を使用して限定された波長と限定された偏光状態の測定光線が生成され、被検試料にこの偏光された測定光線が通される。試料内に、例えば熔解状態で光学活性物質が存在する場合、試料に光線が通ると、測定光線の偏光状態が変化する。試料を透過した測定光線の偏光状態は特に偏光方向に関して回転し、および評価ユニットを用いて検査されるか、または判定される。その際、検光子が光路の内部に配置され、検光子は同様に測定光線の偏光状態を変化させるか、あるいは一定の偏光状態のみを透過させる。
【０００３】
検知器において受信される測定光線の強度を最小化するために、偏光子の方位、または検光子の方位、あるいは偏光子の方位と検光子の方位の両方が変更される。偏光子および／または検光子の方位、または回転から、試料の透過に基づく偏向状態の変化を推量することが可能である。特に試料の透過に基づく偏光方向の回転を判定することが可能である。回転値から、さらに例えば試料内の光学活性物質の濃度を判定することができる。
【０００４】
従来型の偏光計を使用する偏光測定の実施において、測定は、特に試料の不均質性によって精度が悪くなる可能性があり、これは試料の等方性偏光特性の判定を困難にする可能性があり、あるいは判定を不可能にする可能性がある。
【０００５】
不均質性の範疇には以下のような諸現象が含まれる可能性がある。
【０００６】
１．試料容器、特にキュベットを満たす前に既に試料内に存在した気泡、あるいはキュベットに満たす際の渦によって発生した気泡、
２．汚染による粒子、
３．試料の不十分な混合。これは、例えば、試料が測定工程前に用意される場合、例えば希釈に続いて十分に混合されず、均質化されなかった場合に発生する可能性がある。別の例として、測定するために溶解される固体試料および粒子が溶解しない物質を含んでいる可能性がある。
【０００７】
４．以前の試料の残存残渣
不均質性は重大な現実的問題を意味する。不均質性を回避する周知の方法は、信頼性に欠けるか、費用が掛かり過ぎるか、あるいは別のマイナス副作用があって、依然として不均質試料による計測誤差の危険性が存在する。
【０００８】
すなわち不均質性を避けることは難しいので、不均質性を識別できるようにする必要がある。不均質性の識別に基づいて、対抗措置を採ることが可能になり、あるいは少なくとも誤った測定値を採用しないことが可能になる。特に医薬品分野における高い品質要求を満たすためには、不均質性の識別は極めて高い信頼性を必要とする。
【０００９】
不均質性を識別する周知の一方法は、充填されたキュベットを直接目視観察し、それに基づいて判定することである。しかしこの方法の実施は、例えばキュベット本体が不透光性の材料によって構成されるために、あるいはキュベットが測定機器内に取り付けられて液体を直接見ることができないために、多くの場合に不可能である。
【００１０】
実際にキュベットは、キュベットを直接目視できるように測定前に測定機器から切り離されることがある。この措置は有効ではあるが、現実的ではなく、かつ時間が掛かるので、実際には殆ど実行されない。加えてこの措置は、例えば貫流キュベットや漏斗状キュベットの使用、自動サンプラによる自動化等を阻害する。
【００１１】
さらに、この周知の方法の実行は客観的な所見を記録できず、操作者の主観的な判定結果のみが記録される。これは多くの場合、品質保証に対しては不十分である。
【００１２】
米国特許６６４３０２１Ｂ１に、光学特性を判定する測定システムの管理方法が公開されており、ここで液体試料の光学特性は、透過光を分析するために第１光線が照射されことによって測定される。この方法はさらに、第２光線の透過光の強度に基づいて、第１光線の透過を妨げる可能性のある泡および／または粒子の存在または不存在を検知するために、第１光線の経路内に、またはその周囲に追加光線が照射される。泡および／または粒子の検知に基づいてこれらを除去することができる。
【００１３】
その評価は、キュベットの均質充填において、被検試料の全体が第２光線に対して同一の透過率を備えていることが保証されている場合にのみ成立可能である。米国特許６６４３０２１Ｂ１の一例において、測定機器内で、例えば蛋白質試料の紫外線吸収が第１光線を用いて測定される。蛋白質は近赤外線を全く吸収しないので、この場合、近赤外領域にある第２光線の強度は不均質性を識別するために利用することが可能である。
【００１４】
しかし、この周知の方法の基本的な弱点は、均質な試料の吸収による第２光線の減衰が不均質性として解釈されることである。したがってこの方法では、常に任意の吸収スペクトルを用いて試料を測定することができない。この方法は、被検試料が確実に吸収性を備えていない適当な波長を見つけられる特別な場合にのみ実施可能である。
【００１５】
米国特許６６４３０２１Ｂ１の方法の別の欠点は、仮に強度減衰が不均質性の識別を導き出したとしても、強度減衰は泡または残存試料による条痕のような異なるタイプの不均質性の差異を何も明らかにしない、ことにある。これは適切な対抗措置を見い出すことを困難にする。残存試料または汚染粒子は、例えば同特許中に推奨されている振動や超音波のような泡を除去するための処置を用いては除去されず、キュベットの充填のやり直しによってのみ除かれる可能性を持つ。
【００１６】
したがって、キュベットを測定機器内の測定準備位置に留めることが可能で、かつ最新の品質保証を満足させる資料の提供が可能な、不均質性を識別する方法と装置に対する要請が存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特に液体試料を分析するための光学装置に対する要請が存在し、ここで光学装置は液体試料の不均質性を検知することが可能であり、および特に試料の偏光変化特性を測定するために形成される。
【００１８】
提供する本発明の課題は、このような分析に対して測定装置からの試料の取出しを必要としないで、試料の不均質性を検知するために形成される光学装置、特に偏光計を用意することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
提供する発明の一実施形態に基づいて、光学装置、特に偏光計が液体試料を分析するために用意され、ここで光学装置は、（特に試料容器、特にキュベット内に含まれる試料の断面を介して）試料を平面照射する光を生成するための（１つまたは複数の光源を備える）光生成システムと、試料による平面照射光の透過に由来する光を位置分解して検知するために設置される検知システムと、試料と検知システムの間のレンズ、およびレンズと検知システムの間のレンズの焦点面内の（その透過窓は大きさおよび／または形状に関して調整可能な）開口絞りを有するテレセントリック光学系と、を備える。
【００２０】
光生成システムは必要とする（１個のみの）光源を備え、および検知システムは必要とする（１個のみの）平面検知器を備える。光学装置は特に偏光計として形成することができる。
【００２１】
位置分解された検知器の二次元画像に基づいて試料の均質性を判定できるようにするためには、平面照射、即ち平面状に照射するために用意された光が、横方向に可能な限り一様な強度分布を備えている場合に有利である。これは特に一様に放射する個有の光源の選択によって得ることが可能であり、ここでは特に蛍光変換を有する発光ダイオードおよびガス放電ランプを挙げる。光源が厳密に一様に放射しない場合には、（横方向に均質な強度分布を得るための）均質性を付加的な要素（ホモジナイザ）によって得ることが可能である。
【００２２】
一様に放射されない光源とは、例えば、その白熱フィラメントの構造が均質性を妨げる可能性を持つ白熱電球であり、およびその放射面が電極またはボンディングワイヤによって構成される発光ダイオードである。
【００２３】
平面照射のために用意された光は、同一方向（または少なくとも近似的に同一方向）を向いた光線（「指向性の光」）および／または散光を含むことができる。散光は、その伝播方向が異なる複数の光線を含むことができる。散光は例えば、乳白ガラス板のような乳白要素における指向性の光の散乱によって生成することができる。
【００２４】
平面照射のために用意された光は、放射断面全体に渡って均質であり、あるいは均質化される。均質な指向性の照明を得るための可能性は、拡散器の使用とそれに続く平行化にある。
【００２５】
別の（光は明るいがやや高価な）方法は、例えば、
十分に長いマルチモードグラスファイバに導く方法がある。
モード混合は、数値的な開口度を本質的に上げることなく、均質化をもたらす。
【００２６】
特別に均質化する光導体の使用。この光導体は多角形、主に六角形の断面を持ち、かつ数センチのラン長でよい。この場合も、基本的に数値的な開口度は維持される。
【００２７】
液体試料は、試料容器、特にキュベット内に収納することができる。キュベットは、一定断面の光の透過を可能にする入射窓と射出窓とを備えることができる。検知システムは１つまたは複数の感光性センサを備えることができる。
【００２８】
テレセントリック光学系は、光を透過させた試料の投影像を検知システムに結像するために形成して、配置することができる。テレセントリック光学系は、特に物体側のテレセントリック光学系であることが可能である。その場合、開口絞りはレンズの像側焦点面に配置される。レンズは、特に順番に配置される複数の（凸および／または凹）レンズによって構成されるレンズシステムを含むことができる。それに応じて、開口絞りはレンズシステムの像側焦点面に配置することができる。物体側テレセントリック光学系において、全主光線は対象物空間内を光学軸に対して平行に進む。その場合、光学軸はキュベットの入射窓と射出窓を通って導かれる。
【００２９】
キュベットの入射窓と射出窓の間で、試料透過光路に沿って試料に光が通される。検知システムは、特に結像する検知ユニットを備えることができる。検知システムは試料の平面照射とテレセントリック光学系による結像に基づいて投影された試料の二次元画像を検出する。試料透過光路に沿った異なる点は、テレセントリック光学系によって画像空間における同一点上に結像される。それによって、検知システムによって検出された（画像の）一画素は、試料透過光路に沿った試料の投影情報を含む。
【００３０】
完全に均質な試料は、検知システムによって検出される画像を完全にコントラストのない画像に導く。しかし、例えば泡または不完全な混合や成分の不完全な溶解に基づく条痕のような試料内の不均質性が存在する場合、不均質性に対応するコントラスト、即ち明領域と暗領域とを備えた画像が検知システムによって検出される。試料透過光路に沿った投影像は、特に試料透過光路に沿った異なる対象物点に対して一定の結像縮尺を導くテレセントリック光学系によって得られる。
【００３１】
開口絞りの開口大きさは、結像縮尺の不変性に対する要求に応じて、および特に画像の鮮明度の要求に応じて調整することが可能である。特に開口絞りは円形の光透過領域を用意することができる。
【００３２】
試料容器、またはキュベットは、（入射窓および／または射出窓の）断面全体（または断面全体の５０％と１００％の間、特に６０％と８０％の間）に渡って光学軸の方向に光線を透過させることができる。光が透過した試料の画像は、結像用検知器を用いて撮像することができる。
【００３３】
２００ｍｍ長（または５０ｍｍと２００ｍｍの間）のキュベットを組込むことが可能である。
【００３４】
従来の結像システムでは、キュベットの透過長さ全体に渡って十分に大きな焦点深度を得ることが不可能なので、十分な解像度を得るためには、焦点面を光軸に沿った後集束によって動かす必要がある。しかし、均質性が異なる焦点深度の連続画像によってのみ、あるいは連続するフィルムによってのみ判定される従来の解決策は、後処理に要する費用が深刻な問題点である。
【００３５】
このような背景に対して、テレセントリック結像を使用して、キュベットの全長に渡って十分に鮮明な解像度が得られ、その結果、１枚の画像のみで測定ボリューム全体の均質度が判定されかつ裏付けられることは、注目に値する。
【００３６】
その際、テレセントリック結像は、少なくとも下記の３つの課題を満たす。
【００３７】
１．物体側のテレセントリック性は、キュベットの断面が全長に渡って実質的に同一結像縮尺で検知器上に結像されることをもたらす。
【００３８】
２．小さいテレセントリック絞りによって生じるシステムの僅かな開口が、極めて大きい焦点深度を生成し、その結果、システムは後集束なしにキュベット内部の任意の位置における不均質性を実質的に有意の解像度で結像することが可能である。
【００３９】
３．典型的な偏光計において、光路はキュベットを通って強く平行化される。準平行な照明とテレセントリック性検知から成る組合せは特に、高いコントラストを有する条痕を可視化することに適している。それによって上述のタイプ３と４の不均質性（不十分な混合、および残存試料）を特に良好に識別することができる。ここで、テレセントリック検知は、目視管理に対しても、通常結像による検知システムに対しても明らかに優れている。
【００４０】
物体側テレセントリック光路は、物体を視点の歪みなしに検出するために使用される。
テレセントリック光学系の入射瞳は無限遠にあり、その結果、キュベットの内部空間における主光線は全て光軸に対して平行に進む。したがって、レンズの直径は少なくとも、キュベットの入射窓と射出窓の直径または直線大きさと同じ大きさでなければならない。キュベット内に存在する物体（泡、条痕等）の結像縮尺はキュベット全長（光軸に沿った軸方向の移動または試料透過光路）に対して変化しない。物体側テレセントリック光路は、最も単純には、物体側焦点面に開口絞りを有する１個の集光レンズによって実現することができる。
【００４１】
十分な焦点深度の結像を得るために、少なくとも１つの一重テレセントリック結像が使用される。テレセントリック光学系は、入射瞳と射出瞳が無限遠にあることにおいて優れている。
【００４２】
提供する発明の一実施形態に基づいて、テレセントリック光学系は、開口絞りと検知システムの少なくとも一部分、特に平面検知器との間に別のレンズ（または別のレンズシステム）を備え、ここで別のレンズは、開口絞りが別のレンズの物体側焦点面にあるように配置される。
【００４３】
二重テレセントリック結像によって、平面検知器への光軸に沿った試料の投影像の結像（特に画像大きさに関して）が変わることなく、検知システム、特に平面検知器は光軸に沿って移動可能である。それによって装置を構成するための大きな自在性を用意することが可能になる。また、平面検知器への光軸に沿った試料の投影像の結像を変えることなく、レンズ、開口絞り、および別のレンズに対する相対的な試料の移動が可能になる。
【００４４】
したがって、光学装置の個別の構成要素の調整を単純化することが可能になる。
【００４５】
提供する発明の一実施形態に基づいて、光生成システムはさらに、（少なくとも近似的に同一方向に沿って、特に光軸に沿って伝播する）複数の光線を備えた測定光線を生成するために形成され、ここで測定光線は光軸に沿って試料を通って伝播する。その際、光軸は特に、試料容器、特にキュベットの入射窓と射出窓を通って延びる。測定光線は、特に均質化されたまたは均質な平面照明とは異なり、例えば放射の構造によって発生する横方向の構造を備えることができる。その際、測定光線は、特に限定された偏光状態を持つことが可能である。
【００４６】
したがって、光学装置は偏光計としても形成することが可能である。
【００４７】
その際、偏光を測定するために生成される測定光線は、充填品質を検査するために使用することも可能であり、あるいは適当な性質を有する付加的な光源が使用される。偏光測定から切り離して充填品質の検査を実行できるようにするために、分光器および／または方向変換鏡の要素を使用することが可能である。測定光線源の他に、付加的な任意の放射線源を使用することも可能である。これらのランプに対する基準は、スペクトルの可視領域および／またはさらに適当な検知器と組み合わせて、評価可能な充填状態の画像を生み出すスペクトル部分である。
【００４８】
検知器として、検知システムに対して任意の平面検知器、例えばＣＣＤカメラチップ、増感ＣＣＤ、ダイオードアレイ、ＮＭＯＳ、ＣＭＯＳを使用することが可能であり、その場合、場合によって偏光計の検知器も位置分解に使用することが可能であり、および画像は適当な方法で位置分解してサンプリングされる。その際、検知器は全スペクトル領域にたいして感度を持つか、あるいはまた、スペクトルの一部領域または測定光波長の単色に関してのみ評価し、したがってその他の光に対しては感度を持たないことも可能である。
【００４９】
キュベット内の任意の不均質性をテレセントリック光学系を介して識別できるようにするためには、均質化された光を用いてキュベットの全断面を一様に照射することが保証されなければならない。画像化光源として空間的に限定された測定光線が直接使用された場合、例えば拡大光学系を用いて平面状に揃えられた光線束に拡大することが可能であり、および／または拡散器（焦点ガラス、乳白ガラス、ホログラフィック膜）を用いて拡大し均質化することが可能である。
【００５０】
充填品質が確保された場合、偏光計測定が開始される。そのために、場合によってはホモジナイザおよび／またはテレセントリック光学系は測定光路から外される。代わりに、充填品質検査と偏光判定に対する測定光の光路を、部分透過部品および／または方向変換鏡によって、（上流に向かっておよび／または下流に向かって）キュベットまたは試料の前および／または後ろで互いに分離して導くことも可能である。
【００５１】
これら全ての場合に、操作者による二次元画像の目視判定によって、あるいは自動化または半自動化された画像識別によって存在する不均質性が検知された場合、汚染の種類によって異なる対策進行を採ることができる。例えば、泡は従来技術の周知の方法による除去を試みることができる（例えば米国特許６６４３０２１Ｂ１に公開された方法を参照方）。この場合は、例えば、キュベットを手によってまたは自動的に傾けること、および超音波による刺激が挙げられる。
【００５２】
条痕または残存残渣のような不均質が存在する場合、プログラム進行はキュベットの自動的な洗浄および／または再充填を予定することが可能である。半自動による別法において、測定を停止することが可能であり、および操作者は画面への出力によって汚染の種類と大きさに関して情報を得て、場合によっては証拠画像を用いて汚染によってもたらされる測定誤差の大きさを指摘することができる。それによって操作者はアーチファクトを無視して測定を行うべきか否かを決定することが可能である。
【００５３】
本発明は、液体試料の等方性偏光特性を測定する偏光計に関する。典型的な偏光計は実施形態に基づいて、例えば以下を含む。
【００５４】
光源
測定光線の形成手段とガイド手段
光の限定された偏光状態の準備手段（偏光状態発生器、ＰＳＧ）
キュベット軸に沿って測定光線が透過される被検試料を入れたキュベット
試料を透過することによって変化する測定光線の偏光特性の分析手段（偏光状態分析器、ＰＳＡ）
光のスペクトル選択手段
試料温度の判定手段
装置を透過する光の検知手段
確認された試料特性に対する表示ユニットを有する評価ユニット
一般的に本発明は、以下に詳細に述べる偏光計の実施形態に関わらず、液体試料の等方
性偏光特性を検査する全ての偏光計に対して適用可能である。概要は、米国光学会、１９９５年、マイケル・バス編集「光学ハンドブック第２巻」のＲ．Ａ．チップマン著「偏光分析法」の第２２章に記載されている。
【００５５】
適切な光源として熱光源（白熱電灯）の他に、発光ダイオード、波長変換付き発光ダイ
オード、超高輝度発光ダイオード、レーザ、高帯域放電ランプ、中空陰極ランプのような狭帯域放電ランプ、および特に低圧スペクトルランプが適している。また、複数電源を自動または手動で交換可能であり、あるいは持続的に（波長選択要素を用いて）測定光線に組合わせることが可能である。測定光線はさらに、拡散器および／またはホモジナイザを用いて拡大し、およびレンズまたは反射鏡に導くことが可能である。
【００５６】
偏光状態発生器（ＰＳＧ）と偏光状態分析器（ＰＳＡ）は、幾つかの原理に基づいて実施可能である。ＰＳＧとＰＳＡは、固定式、回転式、または変調式の偏光フィルタ、遅延板、偏光補償器、および分光器を、本発明の実施形態に基づいて組込可能である。ＰＳＧとＰＳＡの別の実施形態、および付随する測定技術および評価技術は、米国光学会、１９９５年、マイケル・バス編集「光学ハンドブック第２巻」のＲ．Ｍ．Ａ．アッザム著「エリプソメトリ」第２７章に、一般的な偏光計にも使用されるエリプソメータに関連して記載されている。
【００５７】
それぞれＰＳＧとＰＳＡの実施形態および評価アルゴリズムに基づいて、試料特性として、試料のミュラー行列の全成分または１つの成分を判定することができる。一例は、試料によって発生する直線偏光する光の偏光方向の回転によって測定される試料の光学活性度である。
【００５８】
試料の偏光特性は一般的に光の波長に依存し、したがって、波長選択型測定が実施される。スペクトル選択のために、例えばカラーフィルタ、干渉フィルタ、単色光分光器、または同時複数チャネルスペクトル選択検知器（例えばアレイ分光計）が使用される。スペクトル微調整は例えば、干渉帯域通過フィルタの傾き、干渉ぼかしフィルタの移動、または光源の放射温度の変更によって行うことができる。
【００５９】
試料の偏光特性はまた、一般的に試料温度にも依存するので、試料温度は試料内に浸漬した、またはキュベットに取り付けた温度センサによって測定される。
【００６０】
検知器として、特に光電子増倍管、光ダイオード、アバランシェダイオード、およびＣＣＤ、ＮＭＯＳ、ＣＭＯＳ検知器が使用可能である。
【００６１】
一例として、偏光計は物質の光学活性度を測定する。光学活性度は、固体状態、または溶液内の化学化合物を偏光した光の平面が透過する際に、当該化合物に対して特有な量だけ偏光した光の平面が回転する化合物の特性（回転値）を意味する。
【００６２】
光学活性物質は、多くの研究分野において、特に化学工業と医薬工業におけるキラル分子の研究と製造において、食品工業（例えば砂糖と澱粉の特性化）において、物理的、化学的および生物工学的な工程の監視と制御に対して、大きな役割を演じる。
【００６３】
その際、回転値ａを判定するために、被検試料は２つの偏光フィルタ（二コルプリズム、グラントムソン偏光子、またはトルマリン板、薄膜偏光子）の間に置かれる。第１フィルタ（偏光子）は平行に入射する光を偏光させる。第２フィルタ（検光子）が偏光子に対して９０°だけ回転させて置かれた場合、光は全く透過しない。ここで、フィルタの間に光学活性物質（液体試料）を持ち込んだ場合、光学活性物質は透過する光の偏光方向を回転させるので、再び光を通さなくするためには、検光子または偏光子をある角度だけ後回転させなければならない。この回転角度は、その物質の回転能と濃度に比例する。
【００６４】
偏光子を有する光源は、限定された波長の偏光された測定光線を生成することができ、および被検試料は光軸に沿って光を通される。偏光計キュベットは被検試料を含むことができ、および少なくとも光学軸に垂直なその端末面において測定光線に対して透明であることができる。試料によって回転する測定光線の偏光状態は、評価ユニットを用いて検査され、ここで、少なくともキュベットの出口に配置される検光子、および測定光線の少なくとも１つの強度を確認する検知器を使用することができる。結果は、例えばモータによる検光子の限定された回転を用いて分析を行うことができる評価・表示ユニットに供給することができる。制御は検知器から伝達された測定光線の強度値に基づいて、設定値によって、例えばステップモータに対するステップによって行うことができる。通常は、付加的に温度測定を行うことも可能である。
【００６５】
測定原理は、別に構成された測定機器によって詳細に実現することが可能であり、例えば検光子だけでなく偏光子も、回転が検査物体によって補償されるまでモータを用いて回転させることができる。このために測定光線の偏光面はファラディ変調器を用いて周波数を変更することができ、妨害影響（散乱光）を補償するために、検知器において測定信号の同一周波数によって検知することができる。この種の測定は（偏光子と検光子が直交する）最小強度の方向において進行させることができる。
【００６６】
提供する発明の一実施形態に基づいて、光学装置、特に偏光計は、光生成システムと共に限定された偏光状態を持つ測定光線を生成するために、（測定光線の伝播方向に対して）試料の上流側で光軸内に配置されて調整される偏光状態発生器を備える。
【００６７】
偏光状態は、例えば測定光線の直線偏光状態、または円偏光状態、または楕円偏光状態であることができる。偏光子は、例えば一定方向に沿って直線状に偏光した光のみを通すことが可能であり、ここでその方向は偏光子の回転によって調整可能である。したがって簡単な方法で偏光計を構成することができる。
【００６８】
提供する発明の一実施形態に基づいて、光学装置はさらに、光軸に配置されるホモジナイザを備え、ここで平面照射のために用意される特に均質化された光が測定光線の透過を用いてホモジナイザによって生成される。
【００６９】
ホモジナイザは拡散器を含むことができる。拡散器は、例えばガラス板、特に乳白ガラス板のような不透明板を含むことができる。拡散器を用いて測定光線の光は異なる伝播方向を備えた複数の光線に変換される。それによって試料の拡散照明を得ることができる。さらに、測定光線と均質な平面状照明に対する光を生成するためには、単独の光源または唯一の光源で十分である。それによって光学装置は単純化される。
【００７０】
使用される電源に不均質性が内在する場合、これは従来技術において周知の各種方法によって（例えばホモジナイザを用いて）均質化することが可能である。特に拡散器は、焦点ガラス、乳白ガラス板、ホログラフィ膜、構造化された回折素子、マイクロレンズアレイ、あるいはまた光導体、特にグラスファイバ、および多角形断面を持つ光導体のような拡散器を使用することができる。
【００７１】
別の実施形態に基づいて、画像化する光源の均質性は評価ユニット内の演算方法によってソフトウェアサイドから抑制し、あるいは事後に補正することが可能である。このために、例えば均等に満たされたキュベットの画像を利用することができる。即ち、この実施形態に基づけば、平面状照明に対して内在する不十分な均質性を有する光源を均質化するための装置は必要としない。その代わりに、平面検知器の二次元画像は評価装置において、例えば均質に満たされたキュベットによる基準画像を（例えば較正のために）援用することによって、ソフトウェアによって均質化される。適当なアルゴリズムは、均質でない照明に基づいてこの基準画像内に見える不均質性を続いて撮像される画像において演算し、その結果、試料に起因する不均質性のみが表示される。即ち、試料の不均質性の異なる識別方法は、このように補正される二次元画像に基づく。
【００７２】
提供する発明の一実施形態に基づいて、測定光線か、あるいは平面照射のために用意される特に均質化された光を交互に試料へ向けるために、ホモジナイザを光軸から旋回取出し、および光軸内に旋回挿入させることができる。
【００７３】
その際、この実施形態に基づけば、測定光線と平面照射のために用意される均質化された光は、同時に試料には向けられず、時間的にずらして順番に向けられる。それによって、簡単な方法で、試料内部の不均質を検知するために、ホモジナイザの旋回挿入によって、平面照射のために用意される特に均質化された光が試料に向けられ、および偏光を変化させる試料の特性を判定するためにホモジナイザは光軸から外へ旋回され、それに伴って
測定光線が試料に向けられる。それによって、光学装置を簡単にかつコンパクトに構成することができる。
【００７４】
提供する発明の一実施形態に基づいて、光生成システムは、平面照射のために用意される特に均質化された光を生成するための第１光源と、測定光線を生成するための第２光源とを備え、ここで装置は、均質光および／または測定光線を試料へ向けるために照明反射鏡を備える。この場合、平面照射のために用意される特に均質化された光と測定光線は、同時にまたは時間的に順番に試料へ向けることが可能である。第１光源と第２光源の用意は、特に均質光または測定光線の異なる波長領域を使用することを可能にする。
【００７５】
提供する発明の一実施形態に基づいて、平面照射のために用意される特に均質化された光と測定光線とを同時に試料へ向けるために、照明反射鏡は部分的に透明であり、特に半透明である。ここで、照明反射鏡は特に固定して組込まれ、すなわち移動できず、または旋回できない。
【００７６】
さらに、平面照射のために用意される特に均質化された光は、特に測定光線に含まれる波長を全く備えないことができる。一方の平面照射のために用意される特に均質化された光と、他方の測定光線とは、異なる波長の光によって構成することができる。その際、検知システムは少なくとも、波長選択要素、特にフィルタを備えることができる。その場合、平面照射のために用意される特に均質化された光は第１波長領域の光によって構成することができ、および測定光線は第２波長領域の光によって構成することができ、ここで第１波長領域は第２波長領域と異なることが可能である。それによって、不均質測定を偏光測定から確実に分離するために、上流側に配置されたフィルタ要素を用いて平面照射のために用意される特に均質化された光を測定光線から分離することが可能になる。
【００７７】
提供する発明の一実施形態に基づいて、（異なる位置取りができる）照明反射鏡の異なる位置取りにおいて、平面照射のために用意される特に均質化された光または測定光線を交互に試料へ向けるために照明反射鏡は可動であり、特に旋回可能である。それによって、簡単な方法で均質性測定のための光、および偏光測定のための光を用意することができる。
その際、平面照射のために用意される特に均質化された光は、特に測定光線の波長と同じ波長を備えことができる。特に第１波長領域は第２波長領域に同じであることができる。したがってこの実施形態は特に、光生成システムが１つの光源のみを持つ場合に有利である。この光源は、第２波長と同じ第１波長領域の光を生成することができる。
【００７８】
提供する発明の一実施形態に基づいて、装置はさらに、試料を通って出てきた光の偏光状態を変化させるための偏光状態分析器を備え、ここで偏光状態分析器は検知システムの少なくとも一部分の上流側の分析光路内に配置可能であり、または配置される。
【００７９】
偏光状態分析器は特に、（分析偏光子とも称される）偏光子によって実現することができる。分析偏光子は試料を透過後の光の偏光状態を分析するために使用することができる。分析偏光子は特に、異なる偏光状態の光、特に直線偏光を透過させるために回転可能である。特に試料を透過した光は、第１方向に沿って直線偏光された直線偏光を含むことができる。分析偏光子は、直線偏光状態の光のみを透過させるために回転させることができ、その光は第２方向に直線偏光される。その場合、検知システムによって検知される光度を最小化させるために、第２方向は特に第１方向に対して垂直にすることができる。その際、分析偏光子の方位は、試料を透過した光線の偏光状態の変化を表すことができ、または判定することができる。
【００８０】
提供する発明の一実施形態に基づいて、検知システムは、少なくとも平面照射のために用意される特に均質化された光の透過によって生じる光を検知するために分析光路内に平面検知器を備える。その場合、平面検知器は、光軸に沿った試料の投影像のテレセントリック結像によって生じる試料の画像を検知するために使用される。
【００８１】
次に、特に画像の分析に基づいて、特に確認された画像のコントラストから、試料の不均質性を確認することができる。
【００８２】
提供する発明の一実施形態に基づいて、平面検知器は、特に偏光状態分析器が分析光路内に旋回挿入される場合に、試料を透過した測定光線を検知するために設置される。この場合、平面検知器は試料の不均質性を測定するための画像の検出にも使用され、試料の偏光測定を実施するためにも使用される。平面検知器が偏光を変化させる試料の特性を測定するために使用される場合、テレセントリック光学系は分析光路から外へ旋回させることが可能であり、または旋回挿入したままにしておくことも可能である。レンズのおよび／または別のレンズの透過に基づく測定光線の偏光状態の変化は、試料の偏光を変化させる特性を判定するために、併せて考慮することができる。
【００８３】
本発明の一実施形態に基づいて、テレセントリック光学系は、偏光測定の間、光路内にある。その際、テレセントリック光学系に対するレンズは、（例えば回転対称的な実施のように）回転値の測定に影響を与えないように選択することができる。レンズが付加的な回転を引き起こす場合は、これを補正可能であり、あるいは試料の回転値の判定の際に考慮することができる。テレセントリック光学系の開口絞りが極めて小さい場合、偏光測定の間、これをさらに開くことが可能である。偏光測定を実施するための付加的な光検知器はこの実施形態に基づいて必要としない。
【００８４】
提供する発明の一実施形態に基づいて、平面検知器は試料の不均質性を測定するための画像の検出にも使用され、試料の偏光測定の実施にも使用される。テレセントリック光学系は、偏光測定の間、光路内にあり、場合によっては、テレセントリック光学系の偏光を変化させる特性が判定され、および場合によって各画像点（画素）に対して個別に補正される。次に、特に場合によって偏光補正された画像の領域に対して統合されることによって、偏光に関わる測定に対する情報を平面検知器の二次元画像から取得することができる。
【００８５】
提供する発明の一実施形態に基づいて、上述のように平面検知器は試料の不均質性を測定するための画像の検出にも使用され、試料の偏光測定の実施にも使用される。平面検知器の二次元画像の一部領域に、特に泡、粒子のような不均質性が検出された場合、この領域を偏光に関わる測定に対して使用しないことが可能である。特に偏光に関わる測定に対して不均質性の関与しない領域を統合し、および／または平均化することができる。
【００８６】
提供する発明の一実施形態に基づいて、上述のように偏光に関わる測定は平面検知器の二次元画像から取得される。この実施形態において、結像偏光計に対して従来技術において周知の配置を選択することができる。結像偏光計において、画像点はそれぞれ局部的な偏光情報を含む。
【００８７】
提供する発明の一実施形態に基づいて、液体試料の均質な偏光特性を判定するために、二次元画像の位置分解された偏光情報に関して平均化される。その場合、特に不均質性が関与する領域を避けることができる。（不均質性は位置分解された偏光情報を有する二次元画像において、特に、偏光コントラストが閾値を越えることによって識別することができる。）その場合、偏光情報は不均質性に対して特に敏感なので、二次元画像の位置分解された偏光情報は、不均質性の識別改善に繋げることができる。
【００８８】
提供する発明の一実施形態に基づいて、分析光路は第１分析光路と、第１分析光路とは異なる第２分析光路とを備え、ここで検知システムは第１分析光路内に、平面照射のために用意される特に均質化されたまたは均質な光の試料内の透過に由来する光を検知するための平面検知器を備え、および第２分析光路内に偏光状態分析器の下流側に、試料を透過した測定光線を検知するための光検知器を備える。
【００８９】
その際、光検知器は平面検知器の個別画素よりも特に高感度を備え、これは偏光測定の精度または感度の改善に繋がる。またテレセントリック光学系は、第２分析光路内に配置することなく第１分析光路内にのみ配置可能である。テレセントリック光学系は、可動または旋回可能である必要はなく、第１分析光路内に固定して実装することが可能である。
【００９０】
提供する発明の一実施形態に基づいて、装置はさらに、試料を透過する光の一部を第１分析光路に沿って平面検知器へ導き、および試料を透過する光の別の一部を第２分析光路に沿って光検知器へ導くために、試料と検知システムの間に配置される分光器を備える。分光器は特に光の一部を透過させ、および光の別の一部を反射することができる。分光器はまた、波長依存性に光の一部を反射し、および光の別の一部を透過させる二色性の分光器としても形成できる。それによって、分析光路は第１分析光路と第２分析光路に確実に分割することができる。
【００９１】
提供する発明の一実施形態に基づいて、装置はさらに、交互に（すなわち同時でなく）試料を透過する光を第１分析光路に沿って平面検知器へ導き、または第２分析光路に沿って光検知器へ導くために、試料と検知システムの間に可動に、特に旋回挿入可能におよび旋回取出し可能に配置される反射体を備える。それによって試料の不均質性測定は試料の偏光測定の前または後に実施することができる。
【００９２】
提供する発明の一実施形態に基づいて、装置はさらに、検知システムからの信号を受信する処理・制御システムを備え、この信号に基づいて処理・制御システムは透過した試料の二次元画像を判定し（二次元画像は透過した試料の投影像を代表することができ）、ここで処理・制御システムは特に、試料内の不均質性、特に空気泡および／または条痕を検知するため、画像処理によって二次元画像を（特に画像内のコントラストに関して）分析するために形成される。その際、処理・制御システムはプロセッサおよび／またはメモリを含み、ここでプロセッサはプログラム要素によって制御可能であり、それを用いて二次元画像の処理または分析が実施される。
【００９３】
空気泡および／または条痕は二次元画像において、特に画像の周辺領域よりも高い強度または低い強度の領域によって代表されることができる。
【００９４】
特に処理・制御システムは、二次元画像のコントラストを調べるために形成することが可能であり、および例えば二次元画像内のコントラストが閾値を越えた場合に不均質性を検知することが可能である。さらに、特に均質に充填されたキュベットの基準画像からの二次元画像の幾何学的な偏差を判定することができる。このために、従来技術における幾つかの周知の方法を使用することができる。
【００９５】
二次元画像が位置分割された偏光情報を含む場合、不均質性は特に、偏光コントラストが閾値を越えることによって識別することが可能である。
【００９６】
提供する発明の一実施形態に基づいて、処理・制御システムは、（照明光路内の）偏光状態発生器および／または（分析光路内の）偏光状態分析器を制御するために形成され、その結果、偏光状態発生器および／または偏光状態分析器を透過する光の偏光方向の方位は、特に検知システムによって検知される偏光の強度を最小化するために調整される。
【００９７】
その際、処理・制御システムは特に、調整された方位から、試料の少なくとも１つの光学特性、特に測定光線による試料の透過および／または試料内の光学活性成分の濃度に基づく光の偏光方向回転の回転値を確認するために形成することができる。それによって信頼性の高い偏光測定を実施することができる。
【００９８】
提供する発明の一実施形態に基づいて、装置はさらに、ホモジナイザおよび／または反射体および／または偏光状態分析器を、光学軸または分析光路内に旋回挿入するために、または旋回取出しするために、作動装置、特に電気モータを備える。それによって、不均質性測定および／または偏光測定を交互に実施することができる。
【００９９】
提供する発明の一実施形態に基づいて、装置はさらに、試料を収納する試料容器、特にキュベットを支持するための試料支持器を備える。その際、試料支持器は、試料容器の入射窓と射出窓が光軸内に配置されるように、試料容器が光学装置の別の構成要素に対して相対的に配置することができるように、形成することができる。光学装置は、特にさらに試料の温度を測定するための温度センサを備えることができ、ここで温度センサは特に試料容器に固定可能である。
【０１００】
提供する発明の一実施形態において、光学装置は唯一の光源と唯一の平面検知器、および平面検知器の上流側のテレセントリック光学系のみを含む。ホモジナイザが、均質光か、あるいは測定光線を交互に試料へ向けるために照明光路に出し入れされる。
【０１０１】
提供する発明の別の実施形態において、光学装置は、固有の均質放射技術による唯一の光源と唯一の平面検知器、および平面検知器の上流側のテレセントリック光学系のみを含む。この場合、独立したホモジナイザは使用されない。
【０１０２】
一般的に、測定光線／偏光された光線か、あるいは均質化された光を交互に不均質性の検知のために光学軸から導き、または反射させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】提供する発明の一実施形態に基づく偏光計として形成された光学装置を模式的に示す。
【図２】図１の偏光計において使用される物体側テレセントリック光学系を模式的に示す。
【図３】提供する発明の別の実施形態に基づく光学装置、特に偏光計を模式的に示す。
【図４】図３の偏光計において使用される物体側および像側テレセントリック光学系を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０１０４】
図１は、光学装置が偏光計として形成された、提供する発明の実施形態に基づく光学装置１００を模式的に示す。
【０１０５】
光学装置１００は光源１０１を備え、この光源は均質化された又は均質な（すなわち横方向に均質な強度分布を有する）光１１０を生成するための、および測定光線１０３を生成するための光生成システムを代表する。光源１０１は、そのために、平行な光線によって構成される測定光線１０３を形成するため、図示されていない光線形成光学系を含む。測定光線１０３の限定された偏光状態を生成するために、光学装置１００は偏光子１０５を含み、その方位は図示されていない作動装置によって調整することができる。図１内の光学軸１０７に沿って左から右へ進行する測定光線１０３は、偏光子１０５を透過することによって限定される偏光状態を持つ。
【０１０６】
光学装置１００はさらに、モータ１１１を用いてアーム１１３を介して光軸１０７内に出し入れすることができるホモジナイザ１０９を含む。ホモジナイザ１０９は、測定光線１０３からホモジナイザ１０９を透過することによって、キュベット１１７の中に存在する試料１１５を平面照射するための一様な強度分布を有する光１１０を生成するために使用される。
【０１０７】
試料１１５の偏光を変化させる特性を測定する場合、限定された偏光状態の平行光線で構成される測定光線１０３を入射窓１１９を通して試料１１５へ、さらに試料１１５を通して射出窓１２１へ向けるために、ホモジナイザ１０９は光軸１０７から外される。
【０１０８】
光学装置１００は試料１１５の下流側に、分析光路１２２を第１分析光路１２５と第２分析光路１２７に分割する分光器１２３を含む。
【０１０９】
第１分析光路１２５内で、平面検知器１３５の上流側に集光レンズまたはレンズ系１３１と開口絞り１３３を有するテレセントリック光学系１２９が配置される。その場合、開口絞り１３３は、レンズまたはレンズ系１３１の像側焦点面１３４に配置される。開口絞り１３３は調整可能な直径Ｄの透過窓を備える。試料１１５の均質照明において、すなわち光軸１０７にホモジナイザ１０９が挿入されている場合、試料１１５は均質光１１０によって照明され、およびテレセントリック光学系１２９を用いて試料１１５の投影像が光軸１０７に沿って平面検知器１３５へ二次元画像の形で結像される。
【０１１０】
制御・評価要素１３７を用いて、試料１１５の投影像の二次元画像において不均質性に関して評価され、あるいは調査される。その際、操作者による目視によって、または特に画像識別ソフトウェアまたは画像処理ソフトウェアを用いて、泡、条痕、異物等の存在が自動支援を受けて確認される。場合によっては、この画像は偏光計または光学装置１００の表示ユニットへ表示することができる。上述のように実施される試料１１５の均質性あるいは不均質性の測定に対して、ホモジナイザ１０９は光軸（あるいは照明光路）１０７内に配置される。
【０１１１】
代わりに、すなわち試料１１５の光学特性または偏光を変化させる特性を測定可能な別の時点に対して、ホモジナイザ１０９は作動装置１１１を用いて照明光路１０７から外され、その結果、限定された偏光状態を有する平行光線によって構成される測定光線１０３は、試料１１５へ向けられ、試料を透過する。そのためにさらに、分光器１２３を用いて第２照明光路１２７に沿って迂回された光の部分が評価される。光のこの部分は第２分析光路１２７に入り、分析偏光子１３９を通り、光検知器１４１を用いて透過光の強度が検知される。
【０１１２】
例えば窓、絞り、ファラディ偏光子、グラントムソン偏光子等のような偏光計の他の部品は、簡略化のためにここでは示されていない。
【０１１３】
感知された光の強度に対応する電気信号も、制御・評価ユニット１３７に供給される。光検知器１４１によって感知される光の強度を最小化するために、分析偏光子１３９は制御・処理モジュール１３７の制御信号に対応してモータ１４３を用いて回転させることができる。調整された分析偏光子１３９の方位から、試料１１５を透過することに基づいて測定光線１０３の偏光方向が回転させられた角度（回転値）を判定することができる。この回転値から、例えば少なくとも１つの光学活性成分の濃度のような試料の特性を、制御・処理システム１３７によって判定することができる。
【０１１４】
提供する発明の別の実施形態において、平面検知器１３５は偏光測定に対しても、不均質性の識別に対しても使用することができる。この場合、付加的な光検知器１４１は必要としない。この平面検知器１３５の組合せ使用に対して、分析偏光子１３９は、テレセントリック光学系１２９の上流側かあるいはテレセントリック光学系１２９の下流側で第２分析光路１２５内に配置される。
【０１１５】
テレセントリック絞り１３３とも称する開口絞り１３３は、レンズ１３１の焦点面１３４に固定して取り付けられる透過性液晶ディスプレイ要素として実現可能であり、これは測定光線１０３の全光線断面を偏光測定に対して選択的に切替可能に通過させることが可能であり、または切り替えた状態においてテレセントリック絞りとして作用するために、光線の小さな中央領域のみを通過させることが可能である。液晶ディスプレイ要素は、絞り開口部（図１の直径Ｄ）の複数の直径を調整できるように製作することが可能であり、その結果、場合によって強い吸収性の試料による光の減衰に応じて、一方では光度の最適関係を、および他方ではテレセントリック作用と焦点深度を調整することが可能である。
【０１１６】
別の実施形態において、開口絞り１３３は直径Ｄが可変のテレセントリック絞りとして虹彩絞りを備えることができる。テレセントリック絞り１３３は、機械的にその大きさを変更できる要素として製作することができ、その際、例えば虹彩絞りのような機械的な手段によって透過窓の大きさを変更できる。
【０１１７】
温度センサ１１８は温度を示すデータを制御・処理システム１３７へ伝達する。
【０１１８】
図２は、図１の偏光計１００において使用されるテレセントリック結像の詳細を示す。
テレセントリック光学系２２９のテレセントリック結像は、試料２１５の投影像を光軸２０７に沿って平面検知器２３５の平面に配置された画素要素上に結像する。そのために試料は光源２０１とホモジナイザ２０９とを用いて均質化された光２１０によって平面状に照明される。
【０１１９】
試料２１５の一点２４５から光線２４７が出て、この光線はテレセントリック光学系２２９のレンズ２３１を用いて焦点面２３４の焦点へ屈折される。その場合、焦点は参照符号２４９によって表示される。開口絞り２３３は、図２に示すように、焦点距離ｆを持つレンズ２３１の像側焦点面に配置される。それによって物体点２４５は画像点２５１に結像され、平面検知器２３５によって感知される。物体点２４５と同様に光軸２０７から全く同じ幅だけ離れていて、かつ同じ方向に離れている別の物体点２５３は、物体点２４５が結像されている画素点２５１に、同様に同じ結像縮尺で結像される。したがって、画像点２５１は光軸２０７に沿った試料２１５の投影像に関する情報を含む。光軸２０７から異なる方向に沿ってかつ異なる距離で配置された試料２１５の別の物体点を考慮した場合、平面検知器２３５上に、光軸２０７に沿った試料２１５の投影像を表す二次元画像が生じる。
【０１２０】
図３は、提供する発明の別の実施形態に基づく光学装置３００を模式的に示す。図１
に示した光学装置１００に対して、図３の光学装置３００は、物体側もテレセントリック性で像側もテレセントリック性を持つ二重テレセントリック光学系３２９を備える。光学装置３００の他の構成要素は、光学装置１００の構成要素と構造および／または機能において同様であり、頭の数字のみ異なる参照符号を持つ。これらの構成要素の対応する詳細説明は図１または図２を援用することができる。
【０１２１】
図１の光学装置１００にも備えられている光源３０１の他に、光学装置３００はさらに、均質光３１０を生成しかつ放射する別の均質化されたまたは均質光源３５５を含む。均質化されたまたは均質光３１０を用いて試料３１５を照明するために、反射体（以下反射鏡と言う）３６１が作動装置３５９を用いて照明光路３０７内に挿入され、ここで均質化されたまたは均質光３１０は、キュベットの入射窓３１９を通って試料３１５に入り、キュベット３１７の射出窓３２１から出るために、反射鏡３６１において反射される。
【０１２２】
試料３１５の均質性を評価する、または測定するために、反射鏡３６３は作動装置３６５を用いて分析光路３２２から外され、その結果、均質化されたまたは均質光３１０は試料３１５を透過後に二重テレセントリック光学系３２９に入る。
【０１２３】
二重テレセントリック光学系３２９は、レンズ（またはレンズ系）３３１と、開口絞り３３３と、別のレンズ（またはレンズ系）３６７とを含み、ここで別のレンズ３６７は、開口絞り３３３が別のレンズ３６７の物体側焦点面３３４に配置されるように配置される。さらに、開口絞り３３３は（図１の装置１００と同様に）レンズ３３１の像側焦点面３３４に配置される。
【０１２４】
したがって、二重テレセントリック結像を示した図４に明らかなように、光軸３０７から同じ距離を有する物体点３４５、３５３は、光軸３０７に沿ったその位置に関わらず、平面検知器３３５の１つの同じ画像点３５１に結像する。
【０１２５】
したがって、平面検知器３３５は、光軸３０７に沿った試料３１５の投影像を代表する二次元画像を感知し、対応する電気信号を制御・処理システム３３７に転送する。
【０１２６】
一実施形態において、二次元画像は表示されて、充填品質の評価は操作者に委ねられる。別の実施形態において、制御・処理システム３３７は、例えば二次元画像をそのコントラストに関して分析することによって、画像データから試料３１５の均質性の程度、あるいは不均質性の程度を判定する。その場合、コントラストの判定は、最小強度値と最大強度値の判定、あるいは二次元画像の強度値の分布の判定を含む。例えば二次元画像内の強度値の分布が或る限度を超えた場合、試料内部の不均質性は例えば空気泡または条痕に基づくと推論され、試料の偏光測定は不正確と判断される。確認された試料内部の不均質性を減少させる、あるいは除去するために、例えば試料の振動、泡の除去等の処置を行うことが可能である。
【０１２７】
信頼性の高い偏光測定の実施を可能にするために、再度の不均質性測定によって、均質性が十分であることが確認される。偏光子３０５を用いて限定された偏光状態を備えた測定光線３０３を試料３１５へ入れ、および試料を通すために、反射鏡３６３が分析光路３２２内に挿入され、および反射鏡３６１は照明光路３０７から外される。分析光路３２２内に挿入された反射体３６３における反射に基づいて、測定光線は分析偏光子３３９を通り、次に、強度に対応する電気信号を生成するために光ダイオードあるいは光検知器３４１に入る。制御・処理システム３３７によって制御されるモータ３４３を用いて、分析偏光子３３９は再度、その方位を変更することができる。
【０１２８】
図４は、図３の光学装置３００の一部を再度示し、その作用を明らかにするためにテレセントリック光学系３２９のみを拡大して詳細に図示する。レンズ３３１は開口絞り３３３の上流側に距離ｆ１で配置され、ここで距離ｆ１はレンズ３３１の焦点距離に相当する。さらに開口絞り３３３の下流側に距離ｆ２で別のレンズ３６７が配置され、ここで距離ｆ２はレンズ３６７の焦点距離に相当する。光軸３０７から同一距離を持ち、かつ光軸３０７から同一方向に離れている物質点３４５、３５３は、光軸３０７に沿ったその位置に関係なく画像点３５１に結像し、ここでこの点３５１に受入れられる光の強度は平面検知器３３５によって位置分解して検知される。
【０１２９】
両側のテレセントリック光路は物体側と像側のテレセントリック光路の組合せである。像側テレセントリック光路は最も単純な場合、集光レンズの像側焦点面にある開口絞りによって生じる。
【０１３０】
入射瞳と射出瞳は無限遠にあり、したがってシステムは無限焦点である。純粋な物体側のテレセントリック性とは異なり、ここでは許容できる物体位置は焦点深度によって制限されない。画像面を結像縮尺の変更なしに後集束することが可能である。そのための簡単な構造は２つの集光レンズ３３１と３６７によって構成され、その中間に開口絞り３３３が配置される。開口絞りへのレンズの距離はそれぞれの焦点距離ｆ１あるいはｆ２に対応していなければならない。
【０１３１】
簡単なテレセントリックシステム１００（図１、２）は、低コストの構造方式（１つのみのレンズ１３１、簡単な鏡筒システム）において傑出している。それによってまた、短い構造長さが実現される。
【０１３２】
結像品質、およびそれに伴う解像度はテレセントリック絞り１３３、３３３の大きさによって制限され、絞りが小さいほどそれだけ結像品質は悪くなる。ただし、同時にまた焦点深度の範囲は絞りが小さいほどそれだけ大きくなる。したがって、最適な絞り１３３、３３３とレンズサイズ（１３１、３３１、３６７）の選択は、結像すべきキュベットの最大寸法に基づいて調整される。その場合、典型的な絞り直径は数百ミクロンの範囲にある。
【０１３３】
図３の光源３０１と３５５は、分離された波長領域の特別な光を生成することが可能であり、および反射体３６１と反射体３６３がそれぞれ部分透過式反射体として製作された場合、試料３１５の偏光特性と均質性の測定を同時に行うことが可能である。ここで、ファラディ偏光子を用いて偏光測定に使用される光が（周期的に）変調されて、およびそれによって別々に検知可能な場合は、例えば構成要素の分離はファラディ偏光子を用いて異なる周波数領域において行うことが可能である。
【図１】
0006336710.tif 000002
【図２】
0006336710.tif 000003
【図３】
0006336710.tif 000004
【図４】
0006336710.tif 000005