Способ и устройство для получения изображения изменения фазы, вводимого объектом в проникающее излучение

 

Изобретение относится к области исследования структурных характеристик объектов с помощью проникающего излучения. Способ получения изображения фазового изменения, вводимого объектом в проникающее излучение, падающее на объект, включает облучение объекта проникающим излучением, имеющим высокую поперечную пространственную когерентность, и прием, по меньшей мере, части этого излучения детектором после того, как излучение вышло из объекта, и получение, по меньшей мере, двух записей интенсивности для принятого излучения, причем каждая из них включает величины интенсивности на предопределенных пространственных интервалах. Эти величины используют, чтобы получить матрицу величин, определяющих изображение изменения фазы, вводимого объектом в проникающее излучение. Записи интенсивности получают на постоянном ограниченном расстоянии после того, как излучение вышло из объекта, и относят к соответствующим различным распределениям энергии детектируемого излучения. Техническим результатом является возможность записи данных путем электронного, а не механического изменения условий получения изображения и возможность использования двумерных энергодисперсионных детекторов для записи большого количества изображений. 5 с. и 36 з.п. ф-лы, 15 ил.

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть)и

Формула изобретения

1. Способ получения изображения изменения фазы, введенного объектом в проникающее излучение, падающее на объект, включающий облучение объекта проникающим излучением, имеющим высокую поперечную пространственную когерентность, и прием, по меньшей мере, части этого излучения детектором после того, как излучение вышло из объекта, отличающийся тем, что получают и записывают, по меньшей мере, две записи интенсивности для принятого излучения, причем каждая из них включает величины интенсивности на предопределенных пространственных интервалах, и использование этих величин для получения матрицы величин, определяющих изображение изменения фазы, вводимого объектом в проникающее излучение, и тем, что упомянутые записи интенсивности получают на одинаковом ограниченном расстоянии после того, как излучение вышло из объекта, и относят к соответствующим различным распределениям энергии детектируемого излучения.

2. Способ по п.1, по которому соответствующие различные распределения энергии получают путем изменения спектра энергии излучения, облучающего объект.

3. Способ по п.1, по которому соответствующие различные распределения энергии получают путем обеспечения детектора возможностью обеспечивать интенсивность как функцию энергии в определенном энергетическом диапазоне или диапазонах.

4. Способ по п.1, 2 или 3, по которому упомянутое вычисление упомянутой матрицы величин включает решение одного или более дифференциальных уравнений передачи интенсивности, связывающих фазу на плоскости объекта с изменением распределения интенсивности вдоль направления распространения, используя предопределенные постоянные граничные условия.

5. Способ по п.1, 2 или 3, по которому упомянутое вычисление упомянутой матрицы величин включает решение оптических уравнений Фурье.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, по которому упомянутые значения интенсивности также отражают контрастность поглощения в объекте, и этот способ дополнительно включает использование упомянутых значений для нахождения матрицы величин, определяющих действительное чистое поглощающе-контрастное изображение объекта.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, по которому упомянутое проникающее излучение содержит излучение рентгеновских лучей.

8. Способ по п.7, по которому упомянутое излучение рентгеновских лучей находится в диапазоне от 0,5 кэВ до 1 МэВ.

9. Способ по п.7 или 8, по которому упомянутое облучающее излучение является существенно монохроматическим.

10. Способ по п. 7 или 8, по которому упомянутое облучающее излучение является полихроматическим.

11. Способ по любому из пп.7-10, по которому упомянутое облучающее излучение исходит от существенно точечного источника с полной шириной полумаксимума в 40 мкм или меньше.

12. Устройство для получения изображения изменения фазы, вводимого объектом в проникающее излучение, падающее на объект, содержащее источник для облучения объекта проникающим излучением, имеющим высокую поперечную пространственную когерентность, и детектор для приема, по меньшей мере, части упомянутого излучения после того, как излучение вышло из объекта, отличающееся тем, что детектор для приема производит, по меньшей мере, две записи интенсивности для принятого излучения, причем каждая из них включает величины интенсивности на предопределенных пространственных интервалах, причем детектор предназначен для получения упомянутых записей интенсивности на одинаковом ограниченном расстоянии после того, как излучение вышло из объекта, и тем, что оно содержит средство, характеризующее энергию, посредством которого упомянутые записи интенсивности выполняются для соответственно различных распределений энергии детектированного излучения.

13. Устройство по п.12, по которому упомянутое средство, характеризующее энергию, предназначено для изменения спектра энергии излучения, облучающего объект.

14. Устройство по п.12, в котором упомянутое средство, характеризующее энергию, включает средство перевода данных детектора, обеспечивающее интенсивность как функцию энергии в определенном энергетическом диапазоне или диапазонах.

15. Устройство по п. 12, 13 или 14, которое дополнительно включает компьютерное программное устройство, содержащее набор машинно-читаемых команд, который, будучи установленным в компьютере, имеющем подходящую операционную систему и средство памяти, конфигурирует компьютер таким образом, чтобы он мог при работе использовать упомянутые значения для нахождения матрицы величин, определяющих изображение изменения фазы, вносимого объектом в проникающее излучение.

16. Устройство по п.15, в котором упомянутое вычисление упомянутой матрицы величин включает решение одного или более дифференциальных уравнений передачи интенсивности, связывающих фазу на плоскости объекта с изменением распределения интенсивности вдоль направления распространения, используя предопределенные постоянные граничные условия.

17. Устройство по п.15, в котором упомянутое вычисление упомянутой матрицы величин включает решение оптических уравнений Фурье.

18. Устройство по любому из пп.12-17, в котором источник для облучения объекта дополнительно включает источник излучения рентгеновских лучей.

19. Устройство по п. 18, в котором упомянутое излучение рентгеновских лучей находится в диапазоне от 0,5 кэВ до 1 МэВ.

20. Устройство по п.18 или 19, в котором упомянутое облучающее излучение является существенно монохроматическим.

21. Устройство по п.18 или 19, в котором упомянутое облучающее излучение является полихроматическим.

22. Устройство по любому из пп.18-21, в котором упомянутый источник является существенно точечным источником с полной шириной полумаксимума в 40 мкм или меньше.

23. Способ получения изображения изменения фазы, введенного объектом в проникающее излучение, падающее на объект, из одной или более двумерных записей интенсивности проникающего излучения после того, как оно прошло через объект, причем излучение имеет высокую поперечную пространственную когерентность, когда падает на объект, а запись или каждая из записей, полученная на ограниченном расстоянии после того, как излучение вышло из объекта, включает фазово-возмущенные либо равномерно фазово-возмущенные, либо фазово не возмущенные, составляющие в окружающем поле излучения, отличающийся тем, что хранят величины интенсивности из записи или каждой записи с предопределенными пространственными интервалами, используют эти величины и предопределенные постоянные граничных условий для нахождения матрицы величин, определяющих изображение изменения фазы, внесенного объектом в проникающее излучение, путем решения дифференциального уравнения передачи интенсивности, связывающего фазу в выходной плоскости объекта с изменением распределения интенсивности вдоль направления распространения.

24. Способ получения изображения изменения фазы, введенного объектом в проникающее излучение, падающее на объект, включающий облучение объекта проникающим излучением, имеющим высокую поперечную пространственную когерентность, прием, по меньшей мере, части упомянутого излучения детектором на одном или более ограниченных расстояниях после того, как излучение было выпущено из объекта, включая фазово-возмущенные либо равномерно фазово-возмущенные, либо фазово не возмущенные составляющие в окружающем поле излучения, отличающийся тем, что получают и записывают значения интенсивности для принятого излучения на предопределенных пространственных интервалах, и используют эти величины и постоянные граничные условия для нахождения матрицы величин, определяющих изображение изменения фазы, внесенного объектом в проникающее излучение, путем решения дифференциального уравнения передачи интенсивности, связывающего фазу в плоскости объекта с изменением распределения интенсивности вдоль направления распространения.

25. Способ по п.23 или 24, по которому упомянутые значения интенсивности также отражают контрастность поглощения в объекте, и способ дополнительно включает использование упомянутых значений для нахождения матрицы величин, определяющих действительное чистое поглощающе-контрастное изображение объекта.

26. Способ по п.23, 24 или 25, по которому упомянутое проникающее излучение содержит излучение рентгеновских лучей.

27. Способ по п.26, по которому упомянутое излучение рентгеновских лучей находится в диапазоне от 0,5 кэВ до 1 МэВ.

28. Способ по п.26 или 27, по которому упомянутое облучающее излучение является существенно монохроматическим.

29. Способ по п.26 или 27, по которому упомянутое облучающее излучение является полихроматическим.

30. Способ по п. 29, по которому упомянутое уравнение включает спектрально взвешенный член или коэффициент, зависящий от квадрата соответствующих составляющих длин волн.

31. Способ по любому из пп.23-30, по которому упомянутые граничные условия включают постоянные Дирихле, Неймана или периодические граничные условия и выбираются так, чтобы достичь единственного решения уравнения для фазы, по меньшей мере, согласно произвольной постоянной составляющей.

32. Способ по п.30. по которому решение дополнительно использует одно или более оптических условий, выбранных из группы, состоящей из малой кривизны волнового фронта для падающего излучения, отсутствия точек фокуса между объектом и изображением и равномерного освещения объекта.

33. Способ по п.24, по которому упомянутые значения интенсивности также отражают контрастность поглощения в объекте, и этот способ дополнительно включает использование упомянутых значений для нахождения матрицы величин, определяющих действительное чистое поглощающе-контрастное изображение объекта.

34. Способ по п. 24, по которому упомянутое проникающее излучение содержит излучение рентгеновских лучей.

35. Способ по п.34, по которому упомянутое излучение рентгеновских лучей находится в диапазоне от 0,5 кэВ до 1 МэВ.

36. Способ по п.34, по которому упомянутое облучающее излучение является существенно монохроматическим.

37. Способ по п.34, по которому упомянутое облучающее излучение является полихроматическим.

38. Способ по п.37, по которому упомянутое уравнение включает спектрально взвешенный член или коэффициент, зависящий от квадрата соответствующих составляющих длин волн.

39. Способ по п.24, по которому упомянутые граничные условия включают постоянные Дирихле, Неймана или периодические граничные условия и выбираются так, чтобы достичь единственного решения уравнения для фазы, по меньшей мере, согласно произвольной постоянной составляющей.

40. Способ по п.39, по которому решение дополнительно использует одно или более оптических условий, выбранных из группы, состоящей из малой кривизны волнового фронта для падающего излучения, отсутствия точек фокуса между объектом и изображением и равномерного освещения объекта.

41. Устройство для получения изображения изменения фазы, внесенного объектом в проникающее излучение, падающее на объект, содержащее источник для облучения объекта проникающим излучением, имеющим высокую поперечную пространственную когерентность, и детектор для приема, по меньшей мере, части упомянутого излучения на ограниченном расстоянии после того, как излучение вышло из объекта, включая фазово-возмущенные, либо фазово не возмущенные, либо равномерно фазово-возмущенные составляющие в окружающем поле излучения, отличающееся тем, что детектор для приема генерирует значения интенсивности для принятого излучения на предопределенных пространственных интервалах, и тем, что оно содержит компьютер, включающий записанную программу машинно-читаемых команд, способную работать для использования упомянутых значений и предопределенных постоянных граничных условий, чтобы находить матрицу величин, определяющих изображение изменения фазы, внесенного объектом в проникающее излучение, путем решения дифференциального уравнения передачи интенсивности, связывающего фазу на плоскости объекта с изменением распределения интенсивности вдоль направления распространения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31, Рисунок 32, Рисунок 33, Рисунок 34, Рисунок 35, Рисунок 36, Рисунок 37, Рисунок 38, Рисунок 39, Рисунок 40, Рисунок 41, Рисунок 42, Рисунок 43, Рисунок 44, Рисунок 45, Рисунок 46, Рисунок 47, Рисунок 48, Рисунок 49, Рисунок 50, Рисунок 51, Рисунок 52, Рисунок 53, Рисунок 54, Рисунок 55