[发明专利]基于动量编码的X射线衍射成像装置及方法

权利要求书

1.一种基于动量编码的X射线衍射成像装置，包括同光轴的X射线源(1)和X射线面阵探测器(4)，其特征在于：还包括动量编码模块(2)和数据处理模块(5)；所述的X射线源(1)发出的发散的X射线经过动量编码模块(2)汇聚后，通过待测物体(3)射入X射线面阵探测器(4)；所述的数据处理模块(5)与X射线面阵探测器(4)相连，具有对记录的光强空间分布进行待测物体实空间分布恢复的程序；所述的动量编码模块(2)是一个多衍射体结构，各个衍射体的衍射周期、中心位置与指向的编码会对发散的X射线的动量产生编码作用；各个衍射体在动量编码模块(2)排列，且不存在靠近与重叠交叉；每个衍射体满足衍射体同侧衍射，公式如下：

d[sin(θ_in)+sin(θ_out)]＝mλ

其中，d为衍射周期，θ_in为入射衍射体的X射线和衍射体平面法线的夹角，θ_out为出射衍射体的X射线和衍射体平面法线的夹角，m为衍射级次，λ为X射线的波长；

每个衍射体中心位置满足如下公式：

其中，ρ为单个衍射体中心在动量编码模块(2)的径向位置，ρ′为单个衍射体相对于物平面的径向位置，d_forward为X射线源(1)和动量编码模块(2)的距离，d_backward为动量编码模块(2)和X射线面阵探测器(4)的距离；d_ccd为待测物体(3)和X射线面阵探测器(4)的距离；

每一个衍射体的指向满足如下公式：

其中，x,y是单个衍射体中心在动量编码模块(2)的相对位置,且满足

多衍射体结构满足如下公式：

2.根据权利要求1所述的基于动量编码的X射线衍射成像装置，其特征在于，单个衍射体结构是光栅、晶体或多层膜结构。

3.根据权利要求1所述的基于动量编码的X射线衍射成像装置，其特征在于所述的数据处理模块(5)是计算机，或具有计算和存储能力的处理器。

4.根据权利要求3所述的基于动量编码的X射线衍射成像装置，其特征在于所述的数据处理模块(5)包含的程序有进行空间强度关联计算的数值计算程序与相位恢复算法程序，或深度学习训练的端对端的图像恢复神经网络程序。

5.利用权利要求1-4任一所述的基于动量编码的X射线衍射成像装置的成像方法，其特征在，该方法包括如下步骤：

1调节X射线源(1)、动量编码模块(2)、X射线面阵探测器(4)同轴，其中，X射线源(1)和动量编码模块(2)的距离为d_forward，动量编码模块(2)和X射线面阵探测器(4)的距离为d_backward；

2将待测物体(3)放入此光路中，其距X射线面阵探测器(4)距离为d_ccd，调节其与光路同轴；

3在X射线源(1)的一个相干时间内，X射线面阵探测器(4)曝光一次，获得空间光强分布图像I(x,y)，其中，x,y为X射线面阵探测器的空间坐标；

4数据处理模块(5)对空间光强分布图像I(x,y)进行处理，得到待测物体(3)的实空间分布信息。

6.根据权利要求5所述的成像方法，其特征在于每一个衍射体的一级次衍射X射线通过待测物体(3)中心，需满足以下式子：

7.根据权利要求5所述的成像方法，其特征在于单个衍射体的出射X射线的编码为：