CN110267595A - 用于相衬图像采集中的相位步进的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于相衬图像采集中的相位步进的设备，该设备(1)包括：移动光栅(10)；引导元件(11)；恢复元件(12)；以及锁定元件(13)；其中，引导元件(11)被配置为在第一位置(2)与第二位置(3)之间引导移动光栅(10)；其中，恢复元件(12)被配置为向移动光栅(10)施加力；其中，力从第一位置(2)指向第二位置(3)；并且其中，锁定元件(13)被配置为将移动光栅(10)能释放地锁定在第一位置(2)中。在示例中，在移动光栅(10)的运动回到平衡期间，用于移动光栅(10)沿着引导元件(11)的位置的解码器(11a)可以在至少2π的时段内触发至少四个测量帧。本发明提供了一种用于相衬图像采集中的相位步进的设备(1)，该设备提供快速图像采集而没有显著的延迟并且减少位置不准确并避免间隙。

Description

用于相衬图像采集中的相位步进的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于相衬图像采集中的相位步进的设备和方法。
背景技术
在大多数现有的使用Talbot-Lau干涉测量法的差分相衬设置中，相位步进是必需的。步进通常由致动器来实施，该致动器对Talbot-Lau干涉仪的三个光栅中的任何一个相对于其他两个进行激活，这种激活与对视场内的各个位置处因步进引起的强度变化进行感测的X射线探测器进行读数同步进行。
激活引起光栅的位置移位。在光栅移位之后，对X射线探测器进行读数。因此，操作者在移位之前和移位之后采集读数。在US 2015/0294749A1中描述了另外的示例，该文献示出了干涉式动态光栅成像方法、衍射光栅和成像装置。干涉式动态光栅由微机电系统(MEMS)致动以改变其周期性质。通过弹簧在光栅的移动方向上将动态光栅的可移动部分锚定在光栅的两个侧面上。光栅的侧面上的梳状驱动单元允许在期望的方向上修改光栅。梳状驱动单元可以是压电驱动的或静电驱动的。
上述设备的已知缺点包括：鉴于致动器在新位置处停留所花费的可能的时间，可能会触发在对每个相位步骤的X射线进行读数之前要求的可能的延迟。此外，可能会发生位置不准确，间隙等。
发明内容
因此，可能需要提供一种用于相衬图像采集中的相位步进的设备，该设备提供快速图像采集而没有显著的延迟并且减少位置不准确并避免间隙。
通过独立权利要求的主题解决了本发明的目的；在从属权利要求中包含了其他实施例。应当注意，本发明的以下描述的各个方面也适用于方法。
根据本发明，一种用于相衬图像采集中的相位步进的设备包括移动光栅；引导元件；恢复元件；以及锁定元件；其中，所述引导元件被配置为在第一位置与第二位置之间引导所述移动光栅；其中，所述恢复元件被配置为向所述移动光栅施加力；其中，所述力从所述第一位置指向所述第二位置；并且其中，所述锁定元件被配置为将所述移动光栅能释放地锁定在所述第一位置中。
移动光栅以可移动的方式被安装在引导元件上。当移动光栅处于第一位置时，恢复元件向移动光栅施加力，该力将移动光栅引向第二位置。此外，锁定元件可以将移动光栅能释放地锁定在第一位置中。这意味着，移动光栅可以被置于第一位置中，然后被锁定元件锁定。在第一位置中，恢复元件向移动光栅施加力，该力迫使移动光栅进入到第二位置中。因此，在对锁定元件进行解锁(即，从锁定元件释放移动光栅)之后，恢复元件迫使移动光栅朝向第二位置移动。因此，移动光栅和恢复元件可以限定自由振荡系统。这意味着移动光栅可以执行沿着引导元件的振荡移动。
由于移动光栅执行沿着引导元件的自由移动，因此本发明不需要致动器来执行移动光栅的相位步进移动。通过仅利用恢复元件移动移动光栅，本发明提供了快速图像采集而没有显著的延迟，这是因为探测器不需要等待移动光栅的定位过程的结束。因此，在第一实施例中，探测器可以在移动光栅从锁定元件释放之后立即开始测量。在第二替代性实施例中，探测器可以在延迟时间之后开始测量，以避免在移动光栅的释放期间进行测量。
移动光栅的位置是动态的，但是能够通过考虑移动光栅的质量和由恢复元件施加的力而得到确定。此外，由于移动光栅沿着引导元件的已知自由移动，因此减少了位置不准确并且避免了间隙。
根据示例，所述设备包括位置解码器，其中，所述位置解码器被配置为：探测所述移动光栅沿着所述引导元件的位置，并且在所述移动光栅沿着所述引导元件通过预定义位置的情况下发出针对探测器的触发信号。
位置解码器可以在振荡过程期间跟踪移动光栅的位置。因此，移动光栅在第一位置与第二位置之间的确切位置是已知的。这样可以确保始终在完全相同的位置处触发读数，从而提高数据的重现性和准确性。解码器信号将触发探测器读数，并且还可以触发X射线管发射，后一种情况是不连续的。
在另一示例中，移动光栅执行从第一位置开始并朝向第二位置的自由振荡。可以通过运动方程来描述这种振荡：
其中，x是移动光栅的线性位置，t是时间，ω是角频率，其中，ω2＝k/m其中，k是弹簧常数，并且m是弹簧质量，并且γ＝d/2，其中，d是阻尼常数。在自由振荡的情况下，阻尼常数为零。自由振荡的运动方程的解由下式给出：
x(t)＝x0 cosωt.
在阻尼振荡的情况下，运动方程的解可以由下式给出：
其中，c1和c2是由初始条件决定的复数常数。
根据示例，当移动光栅到达第二位置时，由恢复元件施加在移动光栅上的力减小到零。恢复元件不对处于第二位置的移动光栅施加任何力。当移动光栅离开第二位置时，恢复元件重新开始迫使移动光栅朝向第二位置移动。
在另一示例中，当到达第二位置后，移动光栅可以前进到第三位置，在第三位置中，恢复元件迫使移动光栅朝向第二位置移动。因此，第二位置被布置在第一位置与第三位置之间。因此，移动光栅可以围绕第二位置振荡，其中，第一位置和第三位置限定振荡的最大值。
在另一示例中，第一位置可以是余弦移动或类似余弦移动的最大值，其中，第二位置可以是类似余弦移动的零点。恢复元件向处于第一位置的移动光栅施加最大力。
根据另一示例，所述移动光栅被配置为执行在所述第一位置与所述第二位置之间的连续移动。
根据另一示例，所述设备还包括：阻尼元件；其中，所述阻尼元件被配置为对所述移动光栅在所述第一位置与所述第二位置之间的移动进行阻尼。根据移动方程，阻尼元件提供非零阻尼常数d。
在另一示例中，移动光栅、恢复元件和阻尼元件限定了阻尼振荡器系统。
在示例中，阻尼元件对移动光栅施加摩擦。这意味着，如果移动光栅沿着引导元件移动，则阻尼元件向移动光栅施加摩擦力，从而降低移动速度。
根据示例，阻尼元件为移动光栅提供能控制的阻尼。
在示例中，阻尼元件可以对光栅的移动进行弱阻尼、临界阻尼或过度阻尼。在弱阻尼的情况下，阻尼常数为0<γ<ω；在临界阻尼的情况下，阻尼常数为γ＝ω；在过度阻尼的情况下，阻尼常数为γ>ω。
根据示例，所述阻尼元件对所述移动光栅的所述移动施加至少低于临界阻尼。这意味着阻尼元件可以执行临界阻尼和/或过度阻尼。
根据示例，所述设备还包括：位移单元；其中，所述位移单元被配置为将所述移动光栅移动到所述第一位置中。
在另一示例中，位移单元可以将移动光栅从第二位置移动到第一位置。
在另一示例中，位移单元可以用于通过使移动光栅进入第一位置来开始相位步进过程。在位移单元使移动光栅进入第一位置之后，锁定元件可将移动光栅锁定在第一位置中。位移单元比恢复元件在移动光栅上施加更大的力。此外，位移单元的力指向与由恢复元件施加的力的方向相反的方向。在另一实施例中，当将位移单元附接到移动光栅时，恢复元件可以从移动光栅分离。当移动光栅到达第一位置时，在锁定元件将移动光栅锁定在第一位置中并且恢复元件可以附接到移动光栅之后，位移单元可以从移动光栅分离。
根据本发明，一种用于相衬图像采集中的相位步进的系统包括：相衬图像采集装置；以及根据前述权利要求中的一项所述的设备；其中，所述相衬图像采集装置包括：辐射源；以及至少一个固定光栅；其中，所述辐射源限定延伸到所述至少一个固定光栅和所述移动光栅的光路的起点；其中，所述移动光栅从所述第一位置到所述第二位置的移动使所述移动光栅相对于所述至少一个固定光栅移位。
该系统提供了一种通过使移动光栅以自由振荡移动的方式相对于辐射源和固定光栅进行移动来应用相位步进的简单方法。在一个实施例中，移动光栅具有光栅结构并且可以垂直于这些光栅结构进行移动，即，引导元件将移动光栅垂直地导向光栅结构。在另一实施例中，移动光栅可以以非平行的方式移动到光栅结构，这意味着移动光栅的移动方向与光栅结构的方向之间的至少一个角度小于90°，但仍然具有垂直移动分量。
在示例中，相衬图像采集装置包括两个固定光栅。
根据另一示例，所述相衬图像采集装置包括：探测器；其中，所述探测器包括光电二极管阵列和闪烁体；其中，所述光电二极管阵列与所述闪烁体相匹配；其中，所述探测器被布置在所述光路的端部上；并且其中，所述探测器被配置为在所述移动光栅在所述第一位置与所述第二位置之间的所述移动期间对所述光电二极管阵列进行至少四次完全读数。
在另一示例中，探测器可以是将X射线辐射直接转换成测量信号的2D探测器。
在另一示例中，探测器相对于移动光栅是固定的。
在另一示例中，在扫描触发时或在扫描触发之前不久，移动光栅被释放并且经历自由的阻尼或无阻尼振荡，在此期间，干涉相位关系以明确定义的方式连续变化。
因此，探测器能够立即开始进行测量，这是因为探测器不必等待移动光栅的特殊位置。然后，与帧持续时间相比，优选选择振荡时间常数，这使得相位关系在一帧时间内不会明显变化。当移动光栅从第一位置移动到第二位置时，探测器执行多次测量。
根据本发明，一种用于相衬图像采集中的相位步进的方法包括以下步骤：a)利用锁定元件将移动光栅锁定在第一位置中，其中，所述移动光栅能在所述第一位置与第二位置之间移动；b)利用恢复元件在所述移动光栅上施加力，其中，所述力从所述第一位置指向所述第二位置；并且c)对所述锁定元件进行解锁，使得所述力将所述移动光栅移动到所述第二位置中；其中，步骤b)可以与步骤a)同时执行，并且/或者步骤b)可以在步骤a)之后执行。
根据示例，所述方法还包括以下步骤：d)对通过所述移动光栅的X射线辐射落在其上的探测器进行读数。
在示例中，移动光栅与至少一个固定光栅具有不同的间距。
在另一示例中，移动光栅的间距比至少一个固定光栅的间距更大。
此外，根据本发明，一种用于控制根据前面的描述的装置的计算机程序单元，所述计算机程序单元当由处理单元运行时适于执行上述方法的步骤。
一种存储有前面描述的程序单元的计算机可读介质。
根据下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并且得到阐明。
附图说明
下面将参考以下附图来描述本发明的示例性实施例：
图1a-1d示出了具有处于不同位置的移动光栅的设备的示意图。
图2a、图2b示出了引导元件的不同实施例的示意图。
图3示出了该系统的示意图。
图4a-4d示出了移动光栅的无阻尼移动(a)和阻尼移动(b-d)的示意图。
图5示出了该方法的示意流程图。
具体实施方式
如图1a-1d所示，用附图标记1来整体指代用于相衬图像采集中的相位步进的设备。设备1包括移动光栅10、引导元件11、恢复元件12、锁定元件13、阻尼元件14，以及位移单元15。
移动光栅10被布置在引导元件11上，引导元件11将移动光栅10从图1a中示出的第一位置2引导到图1b中示出的第二位置3。在示例性实施例中，引导元件11可以是导轨，移动光栅10沿着该导轨得到引导。在另一示例性实施例中，引导元件11可以是引导边缘(未示出)，移动光栅10沿着该引导边缘从第一位置2被引导到第二位置3。
恢复元件12被附接到移动光栅10。恢复元件12可以包括与元件26的连接件，元件26相对于移动光栅10是固定的。在示例性实施例中，恢复元件12可以是机械弹簧。在另一示例性实施例中，恢复元件12可以是电振荡元件或电磁振荡元件，或者在另一示例性实施例中，恢复元件12可以是液压振荡元件。当移动光栅10处于第一位置2时，恢复元件12向移动光栅10施加力。恢复元件12向处于第一位置2的移动光栅10施加的力使得移动光栅10被移动到第二位置3。
在第二位置3中，恢复元件12不在移动光栅10上施加力。因此，在第二位置3中，恢复元件12的力为零。恢复元件12在移动光栅10上的力在第一位置2与第二位置3之间减小。因此，如果移动光栅10从第二位置3移开，则恢复元件12向移动光栅10施加恢复力。此外，移动光栅10和恢复元件12限定了自由振荡系统。使移动光栅10移动的力仅来自恢复元件12。
第一位置2与第二位置3之间的距离至少跨越移动光栅10的间距。特别地，该距离可以是该长度的若干倍。这使得对于相位步进能够覆盖从0到2π的至少整个角度跨度。
锁定元件13被配置为将移动光栅10的位置锁定在第一位置2中。这意味着如果移动光栅10处于第一位置2，则可以对锁定元件13进行致动，使得移动光栅10不再能够离开第一位置2。在这种状态下，恢复元件12仍然可以在移动光栅10上施加力，该力从第一位置2指向第二位置3。然而，由于锁定元件13将移动光栅10锁定在第一位置2中，因此移动光栅10在被锁定元件13锁定时不会移动。
锁定元件13被配置为在移动光栅10上施加能释放的锁定。这意味着锁定元件13可以被解锁，使得移动光栅10从锁定元件13释放。如果锁定元件13释放移动光栅10，则由恢复元件12施加到移动光栅10的力将使移动光栅10从第一位置2移动到第二位置3。
锁定元件13连接到相对于移动光栅10是固定的元件。根据图1a-1d，这可以是元件26。如果移动光栅10进入第一位置2，则锁定元件13可以以夹紧或形状配合的方式连接到移动光栅10。在示例性实施例中，锁定元件13可以例如包括可以连接到移动光栅10上的对应凹槽的销。在另一示例性实施例中，锁定元件可以包括电磁体，其中，移动光栅可以包括永磁体。如果电磁体接通并且电磁体和永磁体被布置为彼此相邻，则执行锁定。
在另一示例性实施例(未示出)中，锁定元件13可以被布置在引导元件11上。在这种情况下，锁定元件13刚性地连接到引导元件11，使得锁定元件13不会相对于引导元件11移动。然后，锁定元件13可以例如夹紧移动光栅10。在另一示例中，锁定元件13可以以形状配合的方式阻挡移动光栅10的移动，例如，锁定元件13可以阻挡引导元件11上的移动光栅10。
当移动光栅10沿着引导元件11移动时，阻尼元件14对移动光栅10的移动进行阻尼。因此，移动光栅10、恢复元件12和阻尼元件14的组合限定了阻尼振荡系统。在示例性实施例中，阻尼元件14可以在移动光栅10上提供力，如图1a-1d所示，该力与由恢复元件12施加的力指向相反的方向。在示例中，阻尼元件14可以被集成到恢复元件12中。在另一示例性实施例中，当移动光栅10沿着引导元件11移动时，阻尼元件14向移动光栅10提供摩擦力。图2a和图2b示出了引导元件11的两个另外的示例性实施例。
在另一示例性实施例(未示出)中，阻尼元件14可以是永磁体或电磁体，并且移动光栅可以包括导体，或反之亦然。然后，阻尼由导体和磁体的相对移动产生，这是因为在导体中感应出涡电流。
可以选择由阻尼元件14提供的阻尼，使得相位采样尽可能平滑和均匀。
图2a示出了被形成为导轨的引导元件11。阻尼元件14被定位在引导元件11的底部上。当沿着导轨滑动时，移动光栅10可以接触阻尼元件14，阻尼元件14在移动光栅10上施加摩擦力。
在图2b中，阻尼元件14被定位在引导元件11的内侧上，该内侧与移动光栅10接触。当移动光栅10沿着导轨移动时，阻尼元件14施加与由恢复元件12施加的力相反的力。
关于移动光栅10的阻尼振荡，如果由阻尼元件14提供的阻尼为零，则移动光栅10的移动将是自由振荡。
图4a示出了示出自由振荡的移动光栅10的移动的曲线图。在这种情况下，移动光栅10的移动遵循余弦函数27。余弦函数的起点位于第一位置2。然后移动光栅10的移动将移动光栅10转移到第二位置3并且进一步转移到第三位置4。
用于相衬图像采集的相位步进测量可以应用于由条29至34指示的余弦函数27的线性部分。在该部分中，余弦函数27接近线性函数。
由阻尼元件14提供的阻尼还可以是弱阻尼、临界阻尼或过度阻尼。在自由振荡(图4a)中和在图4d中示出的弱阻尼的情况下，移动光栅10的移动将从第一位置2转移到第二位置3，然后进一步朝向或指向在图1c中示出的第三位置4转移。在第三位置4中，恢复元件12向移动光栅10施加力，该力指向第二位置3。因此，移动光栅10将围绕第二位置3振荡。
在弱阻尼的情况下，移动光栅10从第二位置3移动的距离将随着移动光栅10每一次经过第二位置3而以指数方式减小，直到移动光栅10将在第二位置3停止其移动。
在图4c中示出的临界阻尼的情况下，移动光栅10将从第一位置2移动到第二位置3，然后停留在第二位置3。这意味着移动光栅10将在到达第二位置3的途中以指数衰减的方式减速，然后在到达第二位置3时停止。
在过度阻尼的情况下，移动光栅从第一位置2到第二位置3的移动速度将比在临界阻尼的情况下更慢，然后停在第二位置3。
图4b中示出了过度阻尼的情况的示例。移动路径28开始于第一位置2，然后朝向第二位置3转移。当接近第二位置3时，移动光栅10一直移动直到移动光栅10到达第二位置3时停止。
当移动光栅10已经停在第二位置3时，位移单元15将移动光栅10从第二位置3移位到第一位置2。图1d中示出了位移单元15开始对移动光栅10进行移位。位移单元15可以向移动光栅10施加比恢复元件12所施加的力更强的力，其中，位移单元15的力指向与恢复元件12的力相反的方向。在位移单元15使移动光栅10进入第一位置2之后，锁定元件13将移动光栅10锁定在第一位置2中。在锁定元件13锁定移动光栅之后，位移单元15停止向移动光栅10施加力。在示例性实施例中，在移动光栅10到达第一位置2之后，位移单元15可以从移动光栅10分离。在另外的示例性实施例中，如果锁定元件13将移动光栅10锁定在第一位置2中，则位移单元15可以从移动光栅10分离。
在示例性实施例中，设备1的部件可以被布置在底板24上。然而，在另外的示例性实施例中，设备1的部件也可以被布置在其他物体上，例如被布置在框架等上。
关于图3，描述了用于相衬图像采集中的相位步进的系统5。系统5包括设备1和相衬图像采集装置16。相衬图像采集装置16包括辐射源17、至少一个固定光栅18、包括光电二极管阵列20的探测器19、闪烁体20a以及处理单元22。光电二极管阵列20与闪烁体20a相匹配。
在示例中，相衬图像采集装置16可以是乳房摄影装置、诊断X射线装置、IGT装置或CT装置。此外，相衬图像采集装置16可以用于材料和/或食品检查以及非破坏性测试或牙科成像。因此，固定光栅18和移动光栅10可以是X射线光栅，并且辐射源17可以是X射线辐射源。
辐射源17限定光路6的起点，光路6从辐射源17延伸到探测器19。在示例中，光路6是Talbot-Lau干涉仪的干涉光路。移动光栅10是G0光栅、G1光栅或G2光栅中的一个，其中，剩余的光栅是固定光栅18。
设备1的固定光栅18和移动光栅10沿着光路6进行定位。移动光栅10从第一位置2到第二位置3的转变限定了不平行于光栅结构10a的移动光栅10的移动。在示例性实施例中，移动光栅10的移动方向垂直于光路6。
X射线从辐射源17开始，然后通过固定光栅18和移动光栅10。然后，可以由闪烁体20a将X射线转换成可见光。然后由光电二极管阵列20探测所转换的可见光。在移动光栅10在第一位置2与第二位置3之间移动期间，探测器19对光电二极管阵列20进行至少四次完全读数。在示例性实施例中，探测器19对光电二极管阵列20进行至少四次至十六次读数，优选进行八次读数。由于已知移动变量(即，阻尼量)、恢复元件12的力的强度(即，恢复元件12的回能模量)以及移动光栅10的质量，因此可以知晓移动光栅10在第一位置2与第二位置3之间的位置。在另一示例性实施例中，解码器11a确定移动光栅10沿着引导元件11的位置。解码器11a可以触发探测器19对光电二极管阵列20进行读数。当移动光栅10从第一位置2移动到第二位置3时，解码器11a可以在移动光栅10的图4a中示出的至少四个预定位置29-34处触发探测器19。因此，可以通过对光电二极管阵列20的读数来确定相衬图像。
处理单元22可以控制锁定元件13、位移单元15和探测器19。因此，处理单元22向位移单元15提供信号以将移动光栅10从第二位置3移位到第一位置2。此外，处理单元22可以向锁定元件13提供信号，使得锁定元件13将移动光栅10锁定在第一位置2中。处理单元还可以向锁定元件13提供信号以对锁定元件13进行解锁，使得移动光栅10从锁定元件13释放并且可以从第一位置2移动到第二位置3。此外，处理单元22可以向探测器19提供信号以开始对光电二极管阵列20进行读数。
图5示出了用于相衬图像采集中的相位步进的方法100的流程图。
方法100开始于利用位移单元将移动光栅移动105到第一位置中。当移动光栅10已经停在第二位置3中时，位移单元15使移动光栅10从第二位置3移位到第一位置2。图1d中示出了位移单元15开始对移动光栅10进行移位。位移单元15可以向移动光栅10施加比恢复元件所施加的力更强的力，其中，位移单元15的力指向与恢复元件12的力相反的方向。在位移单元15使移动光栅10进入第一位置2之后，锁定元件13将移动光栅10锁定在第一位置2中。在锁定元件13锁定移动光栅之后，位移单元15停止向移动光栅10施加力。在示例性实施例中，位移单元15可以从移动光栅10分离。
然后，利用锁定元件将移动光栅锁定101在第一位置中，其中，移动光栅能在第一位置与第二位置之间移动。锁定元件13被配置为将移动光栅10的位置锁定在第一位置2中。这意味着，如果移动光栅10处于第一位置2，则可以对锁定元件13进行致动，使得移动光栅10不再能够离开第一位置2。在这种状态下，恢复元件12仍然可以在移动光栅10上施加力，该力从第一位置2指向第二位置3。然而，由于锁定元件13将移动光栅10锁定在第一位置2中，因此移动光栅10在被锁定元件13锁定时将不会移动。
锁定元件13被配置为在移动光栅10上施加能释放的锁定。这意味着可以对锁定元件13进行解锁，使得移动光栅10从锁定元件13释放。如果锁定元件13释放移动光栅10，则由恢复元件12施加到移动光栅10的力将使移动光栅10从第一位置2移动到第二位置3。
锁定元件13连接到相对于移动光栅10固定的元件。根据图1a-1d，这可以是元件26。如果移动光栅10进入第一位置2，则锁定元件13可以以夹紧或形状配合的方式连接到移动光栅10。锁定元件13可以例如包括可以连接到移动光栅10上的对应凹槽的销。在另一示例性实施例中，锁定元件可以包括电磁体，其中，移动光栅可以包括永磁体。如果电磁体接通并且电磁体和永磁体被布置为彼此相邻，则执行锁定。
在另一示例性实施例(未示出)中，锁定元件13可以被布置在引导元件11上。在这种情况下，锁定元件13刚性地连接到引导元件11，使得锁定元件13不会相对于引导元件11移动。然后，锁定元件13可以例如夹紧移动光栅10。在另一示例中，锁定元件13可以以形状配合的方式阻挡移动光栅10的移动，例如，锁定元件13可以阻挡引导元件11上的移动光栅10。
在步骤102中，利用恢复元件在移动光栅上施加力，其中，该力从第一位置指向第二位置。恢复元件12被附接到移动光栅10。恢复元件12可以包括与元件26的连接件，元件26相对于移动光栅10是固定的。在示例性实施例中，恢复元件12可以是机械弹簧。在另一示例性实施例中，恢复元件12可以是电磁振荡元件或电磁振荡元件，或者在另外的示例性实施例中，恢复元件12可以是液压振荡元件。当移动光栅10处于第一位置2时，恢复元件12向移动光栅10施加力。恢复元件12向处于第一位置2的移动光栅10施加的力使得移动光栅10被移动到第二位置3。
在第二位置3中，恢复元件12不在移动光栅10上施加力。因此，在第二位置3中，恢复元件12的力为零。恢复元件12在移动光栅10上的力在第一位置2与第二位置3之间减小。因此，如果移动光栅10从第二位置3移开，则恢复元件12向移动光栅10施加恢复力。此外，移动光栅10和恢复元件12限定了自由振荡系统。使移动光栅10移动的力仅来自恢复元件12。
第一位置2与第二位置3之间的距离至少跨越移动光栅10的间距。特别地，该距离可以是该长度的若干倍。这使得对于相位步进能够覆盖从0到2π的至少整个角度跨度。
当使移动光栅进入第一位置并且将移动光栅锁定在第一位置中时，已经施加在步骤102中施加的力。
在步骤103中，对锁定元件进行解锁，使得恢复元件12的力将移动光栅10移动到第二位置。
在步骤104中，利用阻尼元件对移动光栅从第一位置和第二位置的移动进行阻尼。当移动光栅10沿着引导元件11移动时，阻尼元件14对移动光栅10的移动进行阻尼。因此，移动光栅10、恢复元件12和阻尼元件14的组合限定了阻尼振荡系统。在示例性实施例中，阻尼元件14可以在移动光栅10上提供力，如图1a-1d所示，该力与由恢复元件12施加的力指向相反的方向。在示例中，阻尼元件14可以被集成到恢复元件12中。在另一示例性实施例中，当移动光栅10沿着引导元件11移动时，阻尼元件14向移动光栅10提供摩擦力。图2a和图2b示出了引导元件11的两个另外的示例性实施例。
在另一示例性实施例(未示出)中，阻尼元件14可以是永磁体或电磁体，并且移动光栅可以包括导体，或反之亦然。然后，阻尼由导体和磁体的相对移动产生，这是因为在导体中感应出涡电流。
可以选择由阻尼元件14提供的阻尼，使得相位采样尽可能平滑和均匀。
图2a示出了被形成为导轨的引导元件11。阻尼元件14被定位在引导元件11的底部上。当沿着导轨滑动时，移动光栅10可以接触阻尼元件14，阻尼元件14在移动光栅10上施加摩擦力。
在图2b中，阻尼元件14被定位在引导元件11的内侧上，该内侧与移动光栅10接触。当移动光栅10沿着导轨移动时，阻尼元件14施加与由恢复元件12施加的力相反的力。
关于移动光栅10的阻尼振荡，如果由阻尼元件14提供的阻尼为零，则移动光栅10的移动将是自由振荡。
图4a示出了示出自由振荡的移动光栅10的移动的曲线图。在这种情况下，移动光栅10的移动遵循余弦函数27。余弦函数的起点位于第一位置2。然后移动光栅10的移动将移动光栅10转移到第二位置3并且进一步转移到第三位置4。
用于相衬图像采集的相位步进测量可以应用于由条29至34指示的余弦函数27的线性部分。在该部分中，余弦函数27接近线性函数。
由阻尼元件14提供的阻尼还可以是弱阻尼、临界阻尼或过度阻尼。在自由振荡中和在弱阻尼中，移动光栅10的移动将从第一位置2转移到第二位置3，然后进一步朝向或指向在图1c中示出的第三位置4转移。在第三位置4中，恢复元件12向移动光栅10施加力，该力指向第二位置3。因此，移动光栅10将围绕第二位置3振荡。
在弱阻尼的情况下，移动光栅10从第二位置3移动的距离将随着移动光栅10每一次经过第二位置3而减小，直到移动光栅10将在第二位置3停止其移动。
在临界阻尼的情况下，移动光栅10将从第一位置2移动到第二位置3，然后停留在第二位置3。这意味着移动光栅10将在到达第二位置3的途中减速，然后在到达第二位置3时停止。
在过度阻尼的情况下，移动光栅从第一位置2到第二位置3的移动速度将比在临界阻尼的情况下更慢，然后停在第二位置3。
图4b中示出了临界阻尼的情况或过度阻尼的情况的示例。移动路径28开始于第一位置2，然后朝向第二位置3转移。当接近第二位置3时，移动光栅10一直移动直到移动光栅10到达第二位置3时停止。
在步骤106中，探测器19被布置在延伸到移动光栅的光路的端部上，在这里，对移动光栅在第一位置与第二位置之间移动进行至少四次读数。探测器19可以包括闪烁体20a和光电二极管阵列20。闪烁体20a将X射线辐射转换成可以由光电二极管阵列20探测的可见光。因此，当移动光栅10从第一位置2移动到第二位置3时，探测器19对光电二极管阵列20进行至少四次完全读数。在示例性实施例中，探测器19对光电二极管阵列20进行至少四次至十六次读数，优选进行八次读数。在一个示例性实施例中，由于已知移动变量(即，阻尼量)、恢复元件12的力的强度(即，恢复元件12的回能模量)以及移动光栅10的质量，因此可以知晓移动光栅10在第一位置2与第二位置3之间的位置。在另一示例性实施例中，解码器11a确定移动光栅10沿着引导元件11的位置。解码器11a可以触发探测器19对光电二极管阵列20进行读数。当移动光栅10从第一位置2移动到第二位置3时，解码器11a可以在移动光栅10的至少四个预定位置处触发探测器19。因此，可以通过对光电二极管阵列20的读数来确定相衬图像。
处理单元22可以控制锁定元件13、位移单元15和探测器19。因此，处理单元22向位移单元15提供信号以将移动光栅10从第二位置3移位到第一位置2。此外，处理单元22可以向锁定元件13提供信号，使得锁定元件13将移动光栅10锁定在第一位置2中。处理单元还可以向锁定元件13提供信号以对锁定元件13进行解锁，使得移动光栅10从锁定元件13释放并且可以从第一位置2移动到第二位置3。此外，处理单元22可以向探测器19提供信号以开始对光电二极管阵列20进行读数。
在本发明的另一示例性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元21，其特征在于，其适于在适当的系统上运行根据前述实施例中的一个实施例的方法的方法步骤。
因此，计算机程序单元21可以被存储在计算机单元中，该计算机程序单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行或引起对上述方法的步骤的执行。此外，该计算单元可以适于操作上述装置的部件。该计算单元能够适于自动操作和/或运行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。因此，可以装备数据处理器来执行本发明的方法。
本发明的该示例性实施例覆盖从一开始就使用本发明的计算机程序，以及借助于将现有程序更新转换为使用本发明的程序的计算机程序这两者。
另外，计算机程序单元能够提供所有必要步骤以完成如上所述的方法的示例性实施例的流程。
根据本发明的另外的示例性实施例，提出了一种计算机可读介质23，例如，CD-ROM，其中，该计算机可读介质23具有被存储于所述计算机可读介质23上的计算机程序单元21，所述计算机程序单元21由前面的章节所描述。计算机程序可以被存储和/或被分布在合适的介质上，例如，与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如，经由互联网或其他有线或无线的电信系统分布。
然而，计算机程序也可以存在于网络(如万维网)上，并且能够从这样的网络被下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另外的示例性实施例，提供了用于使计算机程序单元21可用于下载的介质，所述计算机程序单元21被布置为执行根据本发明的先前描述的实施例中的一个实施例的方法。
应当注意，本发明的实施例是关于不同主题来描述的。尤其地，一些实施例是参考方法型权利要求来描述的，而其他实施例是参考装置型权利要求来描述的。然而，除非另有说明，本领域技术人员将从以上和以下的描述中推断出，除了属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的任意组合也被认为在本申请中得到公开。然而，所有的特征都能够被组合来提供多于特征的简单加合的协同效应。
虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示例性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (13)

1.一种用于相衬图像采集中的相位步进的设备，所述设备(1)包括：
移动光栅(10)；
引导元件(11)；
恢复元件(12)；以及
锁定元件(13)；
其中，所述引导元件(11)被配置为在第一位置(2)与第二位置(3)之间引导所述移动光栅(10)；
其中，所述恢复元件(12)被配置为向所述移动光栅(10)施加力；
其中，所述力从所述第一位置(2)指向所述第二位置(3)；并且
其中，所述锁定元件(13)被配置为将所述移动光栅(10)能释放地锁定在所述第一位置(2)中。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备(1)还包括：
位置解码器(11a)；
其中，所述位置解码器(11a)被配置为：探测所述移动光栅(10)沿着所述引导元件(11)的位置，并且在所述移动光栅(10)沿着所述引导元件(11)通过预定义位置的情况下发出针对探测器的触发信号。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述移动光栅(10)被配置为执行在所述第一位置(2)与所述第二位置(3)之间的连续移动。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的设备，其中，所述设备(1)还包括：
阻尼元件(14)；
其中，所述阻尼元件(14)被配置为对所述移动光栅(10)在所述第一位置(2)与所述第二位置(3)之间的移动进行阻尼。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，由所述阻尼元件(11)提供的所述阻尼是能控制的。
6.根据权利要求4或5所述的设备，其中，所述阻尼元件(14)对所述移动光栅(10)的所述移动施加至少低于临界阻尼。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的设备，其中，所述设备(1)还包括：
位移单元(15)；
其中，所述位移单元(15)被配置为将所述移动光栅(10)移动到所述第一位置(2)中。
8.一种用于相衬图像采集中的相位步进的系统，所述系统(5)包括：
相衬图像采集装置(16)；以及
根据前述权利要求中的一项所述的设备(1)；
其中，所述相衬图像采集装置包括：
辐射源(17)；以及
至少一个固定光栅(18)；
其中，所述辐射源限定延伸到所述至少一个固定光栅(18)和所述移动光栅(10)的光路(6)的起点；
其中，所述移动光栅(10)从所述第一位置(2)到所述第二位置(3)的移动使所述移动光栅(10)相对于所述至少一个固定光栅(18)移位。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述相衬图像采集装置包括：
探测器(19)；
其中，所述探测器包括：
光电二极管阵列(20)；以及
闪烁体(20a)；
其中，所述光电二极管阵列(20)与所述闪烁体(20a)相匹配；
其中，所述探测器(19)被布置在所述光路(6)的端部上；并且
其中，所述探测器(19)被配置为在所述移动光栅(10)在所述第一位置(2)与所述第二位置(3)之间的所述移动期间对所述光电二极管阵列(20)进行至少四次完全读数。
10.一种用于相衬图像采集中的相位步进的方法，所述方法(100)包括以下步骤：
a)利用锁定元件将移动光栅锁定(101)在第一位置中，其中，所述移动光栅能在所述第一位置与第二位置之间移动；
b)利用恢复元件在所述移动光栅上施加(102)力，其中，所述力从所述第一位置指向所述第二位置；并且
c)对所述锁定元件进行解锁(103)，使得所述力将所述移动光栅移动到所述第二位置中；
其中，步骤b)可以与步骤a)同时执行，并且/或者步骤b)可以在步骤a)之后执行。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述方法(100)还包括以下步骤：
d)对通过所述移动光栅的X射线辐射落在其上的探测器进行读数(106)。
12.一种用于控制根据权利要求1至9中的一项所述的装置的计算机程序单元(21)，所述计算机程序单元在由处理单元(22)运行时适于执行根据权利要求10或11所述的方法的步骤。
13.一种存储有根据权利要求12所述的程序单元(21)的计算机可读介质(23)。
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