TWI432922B - 用於全像重建系統之照明單元 - Google Patents

Description

用於全像重建系統之照明單元

本發明係為一種用於全像重建系統之照明單元，該全像重建系統可以全像重建3D場景。該重建系統在其他元件中還包含光調變器與一個照明單元。在該照明單元中的照明元件可以發射相干光，而這相干光則可透過光學聚焦裝置相干地照亮光調變器的表面。舉例來說，在進行重建時，一信號處理器根據場景之影像或深度資訊，計算出至少一視頻全像圖，並將這些資訊在空間光調變器的調變器微構造上來進行編碼。若以相干光照亮光調變器，會產生一已調變過之波前；該波前將在至少一位觀察者的眼睛前方，全像地重建一個3D場景。

舉例來說，具有至少數百萬畫素解析度的光調變器，當其用於傳統的影像顯示器或錄影、電視顯示的放映機時尤其適合。若儘可能多的光調變器的畫素只能重建場景內的目標光點，該場景內的目標光點是在一受限制的視野空間中，從觀察者眼睛的一眼睛位置為可視，則一期望的3D場景只能以相當低的解析度來充分地重建。為了達到此目的，和傳統的全像圖相比，信號處理器較佳只針對各目標光點以全像圖資訊在光調變器的調變表面上的一空間限制之部分全像圖來進行編碼。這種方式的優點在於，系統可以僅重建從一眼睛位置的透視圖中，在其能見範圍內可感受到的光點。

本發明尤指一種在照明單元內的光學聚焦裝置，用於針對該類型的全像重建系統，以至少一相干光波前照亮光調變器的表面。

數個專利申請中，如國際公開號WO 2004/044659，標題為“視頻全像圖與重建視頻全像圖之裝置”的專利中，申請人已揭露一全像重建系統，而本發明中所述的照明單元則可應用在該系統中。

公開號WO 2004/044659的專利揭露一重建系統，而該系統包括具有照明元件與聚焦裝置的一照明單元以及光調變器。在該重建系統中，所稱的聚焦裝置就是一聚焦陣列透鏡。以對於視頻全像圖來說相當低的傳統式液晶顯示器的調變器解析度，該系統仍可以在空間光調變器和一能見範圍間延伸的重建空間中，在一大視角的眼睛位置且在良好的解析度中以大空間深度針對至少一觀察者，使得一全像重建場景為可視。陣列透過上述的編碼動作，光調變器裝置得以調變已聚焦之光波；其中，針對每一目標光點的全像圖資訊，僅在部分全像圖的形式中以一受限制的調變表面來實現。能見範圍為部分全像圖之傅立葉轉換結果所產生，該全像將與會傳播至眼睛位置的光波的焦點重疊。在本裝置中，聚焦裝置可以用光學的方式實現必須的傅立葉轉換。在計算時，部分全像圖減少為整個調變表面的部分範圍，使得能見範圍落於一個藉由多調變器單元的光調變器的網狀結構而產生的繞射級中。

上述方式的缺點在於：聚焦陣列透鏡所需要的有效寬度必須符合光調變器的尺寸。這使得該裝置非常龐大且耗費材料與金錢。

在之前的國際公開號WO 2006/119920，標題為“用於3D場景的全像重建之裝置”中，申請人亦揭露一裝置，其亦使用陣列至少一比光調變器表面小的能見範圍，其位在一眼睛位置而用以觀察重建場景。該還針對每一可見的目標光點進行部分全像圖編碼。

該設備包括有能力產生干涉且彼此不相干的照明元件的光源陣列來代替單一光源，其中，陣列每一照明元件分配到一個別的聚焦元件。該聚焦元件都以陣列聚焦透鏡陣列的形式一同在聚焦矩陣中配置。與在聚焦矩陣中對應的聚焦元件一起，每一個陣列光源陣列的照明元件作用如基本的照明單元一樣，該基本照明單元以一個別的部分波照亮光調變器表面的部分範圍。每一聚焦元件會在眼睛位置上將其分派到的光電元件成像。照明元件較佳為每個可發射球面波的點光源。

部分全像圖的大小、形狀與位置都和在光調變器表面上且透過基本照明單元照亮之部分範圍的大小、形狀與位置不同。部分全像圖的大小與位置主要由能見範圍的位置和技術上可執行的大小 來定義，且該能見範圍與重建目標光點的軸線與側邊位置有關。聚焦陣列的幾何結構可根據其他的技術性參數來選擇，如照明元件為達到期望的光密度、聚焦裝置的期望焦距和其他參數的所需數量。

先前技術裝置的主要優點在於：在有能力產生干涉的每一光源陣列中，每一照明元件照亮光調變器的不同區域，藉此而產生的部分光波則不一定要彼此相干。

若能見範圍的大小減少到約瞳孔的大小，具有足夠高解析度的全像重建只能透過光調變器的一相當低的解析度來實現。為了要舒適地使用重建系統，本系統需有定位以及追蹤系統，以匹配能見範圍的位置與觀察者的實際眼睛位置，亦即有所根據而對其進行追蹤。

在照明單元的物理形式中，這可以被實現，因為照明元件相對於聚焦矩陣側向地(也就是在系統的光學軸線的垂直角度)被移開。由基本照明單元所發射的個別波因而根據實際的眼睛位置以不同的傳播角度穿透它們所對應的聚焦元件。同樣的問題也發生在利用陣列透鏡來進行聚焦的系統上。

在先前技術的重建系統中，聚焦裝置可實現一些作用，例如將相干光瞄準以形成一均質光波，將光源成像於眼睛位置以及讓經過光調變器調變後之光波光學轉換至眼睛位置；藉此，便可在眼睛位置形成上述之能見範圍。先前技術重建系統中的聚焦裝置使用光學元件而依循光線折射及/或反射的原理來作用。這就是為何聚焦裝置包含折射或反射的元件，如透鏡、稜鏡、鏡子或偏轉稜鏡。

上述系統有以下缺點：在聚焦裝置中具有折射元件的照明單元佔據全像重建系統中的大部分空間，因此這樣的顯示裝置具有龐大的設計。

另一種折射元件的缺點為：會影響真實的單色像差(如球面像差)，該像差取決於數字孔徑與傳播角度。若源自於照明單元的調變波受到像差干涉，將會引起不同部分光波的能見範圍一致性的錯誤。也就是說，照明裝置中的不同部分光波的能見範圍無法在眼睛位置上正確地匹配。

此外，像差會使重建的光點無法顯示在預定位置，因此使重建場景的整個幾何光學景象發生偏離。

更甚者，重建光點的位置會大幅偏離預定位置使得個別重建光點無法在能見範圍內由觀察者眼睛所感知。

為了讓場景可以彩色重建，視頻全像圖舉例來說以具有不同波長的相干光照亮，該不同波長的相干光舉例來說為原色紅、綠、藍的光波。如同眾所皆知，在穿過光學元件的介質時，折射元件呈現一種與光波長的折射率的依賴關係。這就是在彩色場景的重建時所謂的分散效應色像偏差(焦點色像偏移)，即從能見範圍中觀察該重建陣列時，分散效應色像偏差可被感知為干涉彩色內層。

除了以光學折射裝置來照亮光調變器裝置外，以光學繞射元件來照亮亦已揭露於先前技術中。例如標題為“使用光學繞射元件來產生預定照明輪廓的照明系統”的美國專利文件編號6,002,520揭露一照明系統，其提供以一單一光源的幫助，針對一表面的區域的一個預定之照明輪廓。該系統利用一光學成像系統而在表面上成像該點光源，以及一光學繞射元件(DOE)陣列來產生預期的照明輪廓。

為了照亮整個表面，該照明單元亦需要大量的光學元件以及在該系統的光學軸線上的方向具有大範圍，且因而具有大體積。因此，在知道小型全像重建系統所需時這些並不真的適合。

本發明的內容中，光學繞射元件(DOE)是一個透射或反射基 板，其承載一個週期性的微結構，該週期性的微結構利用光繞射的作用形成傳播光波的相干光。由於傳播光波的不同波長，當光波傳播時可在週期性微結構上產生區域性的相位調變，藉此，可產生一干擾模式。若光學繞射元件的微結構係依此而設計，結構性或解構性干涉使其可明確地定義一相干波的傳播。光學繞射元件中的二維週期性微結構的繞射作用在不同的繞射級中導致光波被偏離，例如在二元繞射微結構內，該光學繞射元件具有在微米範圍且/或光波長範圍內的週期繞射。也就是說，發射光波具有一複雜的光分布。選擇一對應的週期性微結構，如一個微稜鏡結構、一個所謂的”閃耀光柵”，可特別地影響傳播光波。因此可抑制會在系統中造成干涉的偏離光與減少系統效能的非預定的繞射級。

除此之外，標題為“多色繞射透鏡”的美國專利申請號US 55 89 982揭露一用於多光譜照明的繞射透鏡，舉例來說，該種透鏡可用於具有不同光譜光元件的光之RGB彩色顯示器。該透鏡包含一個以菲涅耳區域結構為其形式的繞射微結構。該微結構具有多個區域，而這些區域可以將不同光波長的光元件引導至空間中的一個單一共同焦點上。此結構在一位置的偏移取決於光波相位，該光波相位落在透鏡上，且在不同繞射級中繞射每一光譜光元件至焦點的路徑上的光。

本案的目的為提供一種用於全像重建系統的一高效率照明單元，以照亮光調變器裝置，以一不昂貴的方式與少材料花費來確 保相當低的全像重建系統的結構深度，因此避免先前所指之繞射陣列透鏡陣列的缺點。

本發明是基於用於3D重建場景內目標光點的全像重建系統，該系統包括空間光調變器裝置，其可透過至少一個視頻全像圖來調變至少一個有能力產生干涉且由照明裝置所發射的光波。光學聚焦裝置則可聚焦調變後之光波，該光波包括在觀察者的至少一眼睛位置上全像重建的目標光點。本系統將光調變器編碼，使光波在與引導及追蹤光波無關的眼睛位置前方重建目標光點。

重建系統包括至少一個光學聚焦器陣列器陣列，其包含以矩陣排列的聚焦元件；還包括一個光源陣列，其具有以矩陣排列且發射有能力產生干涉的光線的照明元件。該聚焦元件排列於聚焦器陣列中，使得每一聚焦元件可分配至少一個光源陣列中的照明元件。重建系統可包括一個單一的聚焦器陣列或數個聚焦裝置及/或數個在光程上先後排列的陣列聚焦器陣列，進而實現多級成像程序。

本發明中的聚焦器陣列係為位於一透射或反射的基板上之以矩陣排列的光學繞射元件(DOE)；每一繞射元件會分配到在光源陣列中的一個照明元件，以使對應之照明元件的干涉光線形成一有 能力產生干涉的部分光波。

光學繞射元件將對應的光源實際地成像，或引導它們的對應的部分光波，如此可區分的且由個別部分光波所組成的照明波照亮空間光調變器裝置。該組成的照明波較佳為平面、球面或圓柱形。

若重建系統僅包含一個聚焦器陣列，則光源會以單級流程成像於觀察者眼睛位置的附近；也就是說，在調變器表面的部分範圍被照亮後，所有的部分光波能被引導，以使得它們重合於眼睛位置上的一共同焦點。在這樣的情況下，聚焦器陣列內的每一光學繞射元件在眼睛位置將在光源陣列中對應的照明元件成像。

另外一種方式為，重建系統可包括多個聚焦裝置及/或在光程上，前後排列的多個聚焦器陣列以實現在觀察者眼睛位置上光源陣列的多級成像。舉例來說，在第一級成像過程中，所有光源可在無窮遠處成像，如此對於空間光調變器而言，個別的部分光波組成一平面照明波。在這樣的情況下，藉由另外的聚焦裝置或聚焦器陣列的協助，在觀察者的眼睛位置實現光源的第二級成像。將聚焦裝置的折射放大率分配係為可能且較佳的，該聚焦裝置需要在眼睛位置將光源成像至個別聚焦裝置及所使用的聚焦器陣列，例如：為了考慮繞射結構的一些生產限制。

聚焦器陣列與/或聚焦裝置較佳為排列在靠近重建系統的光調變器前方或後方。聚焦器陣列因此照亮光調變器的整個調變器單元表面；且所有的調變器單元可以用來進行部分全像圖的編碼，藉此，為觀察者而產生一寬視角。

照明元件較佳為可發射球面波或圓柱波的點光源或線光源。

在一較佳的實施例中，光學繞射元件以一平面排列，且實現一拱形透鏡陣列的光學作用。這可被特別可實現，因為光學繞射元件以矩陣排列的程度不同於橫向也就是垂直系統光學軸線方向的照明元件的矩陣的程度繞射。

為了能在至少一個眼睛位置引導調變過的光波以及追蹤聚焦過的部分光波至實際眼睛位置，若觀察者移動，光偏器較佳可置於在有能力產生干涉的調變光波的光程中光聚焦器及調變器的下游，該光偏器包含至少一個有可控制折射元件的陣列。

相對於先前技術的照明單元，本發明中具有以矩陣排列的光學繞射元件(DOE)的聚焦器陣列實現以像差很小的光調變器裝置照明。聚焦器陣列的每一光學繞射元件(DOE)產生部分光波，且個別 的部分光波被結合而組成用來照亮光調變器裝置的一理想的或至少接近理想的波。該組成的照明波較佳為平面、球形、圓柱形或其他的定義形狀。除此之外，每一光學繞射元件將其對應的照明元件成像至在空間中期望的眼睛位置的一共同點，若有需要，光學繞射元件更結合聚焦裝置或聚焦器陣列。聚焦器陣列內的所有光學繞射元件，若有需要，更以聚焦裝置或聚焦器陣列實現在場景的全像陣列重建時所需要的傅立葉轉換。

因為僅需要具有三種不連續光波長的照明實現具有所有預定顏色的彩色全像重建，故本發明的另一項特徵就是利用在使用不連續光波長時，光學繞射元件的光學行為相關性。在本發明中，對於彩色重建，聚焦裝置陣列中的週期性微結構針對以某些不連續的光譜波長所進行的操作來標尺寸，且該週期性微結構設計為在具有由照明單元所發射的不同光波長的光成分波中，每一光波長透過個別繞射級提供給預訂的部分光波。繞射該週期性微結構根據落於光學繞射元件的光波相位的位置而偏移，且在不同繞射級中，在到達焦點的路徑上繞射每一光譜的光成分的光線繞射繞射。

選擇這些繞射等級以使微結構將選擇出的不連續光成分波的每一光線繞射偏轉至相同的方向，且同時該微結構呈現選擇的不 連續光波長的高繞射效率。亦可選擇性地更與聚焦裝置或聚焦器陣列結合，將不同光譜的光成分的光線引導至空間中的一共同焦點上。

為了觀察重建場景，此共同點定義所需要的眼睛位置。透過傅立葉轉換的方式產生一能見範圍的重建系統中，能見範圍係產生於該點。本發明的實施例避免產生單色像差與色像差，且同時理論上提供一個接近100%的繞射效率。

聚焦裝置的光學繞射元件亦可包含稜鏡元件，也就是所謂的閃耀光柵，除了已使用過的原色光波長以外，稜鏡元件可被準確地調整。只有可在預定繞射級中到達焦點的照明元件的光部分繞射，以及無法對重建有貢獻或是不期望之繞射級中的光損失或干擾可以被避免或抑制。

本發明的再一特徵為，本發明中的照明單元裝置在全像重建系統中，而該系統包括具有定位器與光波追蹤器的一系統控制器，使得可以根據實際眼睛位置追蹤焦點以及調變過的光波。

為了讓空間中共同焦點的位置符合實際眼睛位置，聚焦器陣列和/或聚焦裝置具有光學繞射元件(DOE)，其週期性微結構的繞射 特性包含不連續可調控式微型單元。

為了在實際的眼睛位置陣列橫向重建場景之前引導調變過且聚焦過的光波，可調控式微型單元可實現具有稜鏡功能的可調控式光柵。舉例來說，可藉由具有幾微米或更小的單元大小的電子濕潤單元的排列來達成。其他和電濕潤單元相關的內容請參考尚未公開發表的國際專利申請PCT/EP2008/064052作為範例。

光學繞射元件特別適用於需要具有能力產生干涉的光的光調變器裝置的照明，如全像重建系統，繞射因為使用到相干或至少部分相干光。對於使用不連續光波長的彩色重建，使用不同繞射級的光學繞射元件便可以相對較少的耗費成功地完成修改動作。

在此給出一單一光學繞射元件的計算的示範性敘述。熟習本領域技術之人士應明白本發明之聚焦器陣列可透過橫向毗連的多個光學繞射元件而形成，其中，該個別的光學繞射元件可實現相同或不同的相位函數。

光學繞射元件的連續相位函數Φ(x,y)敘述在預定的出射波與入射波之間的相位差；也就是指在繞射元件前後的光波相位差。光學繞射元件DOE的優點在於可產生幾乎任何種類的波前；因此， 藉由預定的理想出射波與實際存在的入射波來計算可輕易地達成像差校正。在下一步中，即所謂的閃耀程序，該連續相位函數Φ(x,y)轉換為以m．2π相位輪廓為模，其可以Ψ(x,y)=Φ(x,y)mod(m．2π)來表示。其中，m為一整數且代表所謂的閃爍等級。閃爍等級m係為額外的設計自由度，其可根據本發明的另一特徵而被利用。比起一般使用的第一閃爍等級，在使用較高的閃爍等級的情況下，不同的閃爍相位輪廓Ψ(x,y)可以基於一個以及相同的相位函數Φ(x,y)來產生。若較高等級的閃耀已使用，由於光學繞射元件DOE以相同地高繞射效率來實現相同的預定波前，多個不連續波長可形成。當滿足mλ₀=qλ_blaze的算式時便可達成上述情況，其中，m是設計波長λ₀的閃耀等級，而q是另一個所謂閃耀相合波長λ_blaze的閃耀等級。為了要在給定的非連續波長下，針對m和q求得適當的等級，則需計算該波長的最小公倍數。該最小公倍數波長可代表光學繞射元件的合成設計波長。在設計程序的最後一步驟中，該閃耀相位輪廓轉換為一表面輪廓。當需確定微結構的深度時，閃耀等級以及微結構的材料均需考慮。在較高等級閃耀有較簡單製造微結構的額外優勢。

因為本發明中的彩色全像重建系統較佳僅需要三種光波長，可選擇具有相當低閃耀等級的繞射等級，如第五、第六及第七繞射等級。這簡化了聚焦器陣列的製造。

因為光學繞射元件已知可實現習知的光學作用(如透鏡與稜鏡)和自由形式的相位作用(如非球面元件)，以及新光線的形成特性，所以同時可更佳地修正多個光學參數。藉此，可達成無法藉由折射裝置實現的聚焦特性。在光學繞射元件DOE所繞射的光波的相位調變較佳可透過在光學繞射元件DOE基板上的表面微結構達成。另還可透過塗在基板上的基板或薄膜的折射率調變來實現相位調變。

上述的光學繞射元件對於所選擇的不連續波長實現95-99%的繞射效率。繞射對於繞射具有繞射效應的結構，該可達到的繞射效率主要由製造過程的容忍誤差來決定。

本發明較佳可製造用於全像重建系統的照明單元，確保整個裝置的一個非常淺的結構深度。照明單元的軸向深度可以大幅度地減少，因為實際的結構深度只取決於在光源陣列內的照明元件數量以及單一光學繞射元件的大小兩者間的合理折衷。

為了能重建彩色3D場景，照明裝置中的照明元件需要具有點光源或線光源的形式，該些光源可以同時或依序在原始點發射進行彩色重建時所需要的三原色。舉例來說，這些彩色點光源可以 實現為纖維束或波導的末端。

照明元件可以直接或透過偏向器如光波導來照亮聚焦元件。

已知一些製作技術可製作高度範圍在數微米，以及側邊尺寸範圍在數微米到數百微米的表面上的微結構，如照相平版印刷法或雷射光束、電子光束、離子光束法或單晶粒金剛石車削。除此之外，微結構可藉由使用於不昂貴的大量複製程序中的主模，或是在沒有主模的一直接照片平版印刷程序中來製作。

本發明的實施例將藉由應用及配合的圖示詳述於下：

圖1為使用本發明所述之全像重建系統中的照明單元的示意圖。申請人已在，標題為“用於3D場景的全像重建裝置”的國際專利申請號WO 2006/119920中揭露了重建系統的一般功能。在本範例圖示中僅描繪出本發明照明單元內的光源陣列的三個示範性的陣列照明元件LE₁...LE₃；其實際為包括陣列照明元件LE₁...LE_n以矩陣排列的二維排列。每一個照明元件LE_m分配到一個作為聚焦器陣列2的繞射聚焦元件DOE1...DOE3的光學繞射元件DOE繞射繞射。繞射聚焦元件DOE1...DOE3透過空間光調變器SLM的調變器單元(未顯示)將照明元件LE₁...LE₃成像於 一共同焦點4，或是實現多級成像程序的第一級，當聚焦元件DOE1...DOE3藉由另一聚焦裝置(未顯示)成像於一共同焦點時，同時亦將點光源成像於無窮遠處。焦點4同時代表了觀察者眼睛的眼睛位置。在成像過程中，有能力產生干涉的波照亮光調變器SLM的部分範圍，在該光調變器上將示範顯示於圖2中的重建場景的目標光點P1...P3的部分全像圖H1...H3陣列編碼。由於部分全像圖H1...H3的傅立葉轉換，一個能見範圍5產生於焦點4；而這些部分全像圖H1...H3若有需要與另外的聚焦裝置搭配繞射從部分光波W1...W3所穿透的編碼的光調變器範圍而藉由聚焦元件DOE1...DOE3來實現。能見範圍5的大小係由部分全像圖H1...H3的大小來定義。

請參考圖3，顯示對於繞射光波長為λ_Blue=450nm、λ_Green=525nm和λ_Red=630nm的單一光學繞射元件繞射的設計。該圖顯示：針對在第五繞射等級中的紅色、在第六繞射等級中的綠色以及在第七繞射等級中的藍色繞射而選擇出微結構的一共同合成設計波長λ_Syn=3150nm。熟習本領域技術之人士亦知道可選擇一不同的合成設計波長。較佳為若只有其他波長的光源在所有花費或在更有利的花費下為可用的，使用超過三種不同的波長或實現較大的彩色空間。

請參考圖4，圖表顯示在本發明實施例中使用的光學繞射元件的的繞射效率，而該繞射效率則需具備大於一個波長的閃爍等級。這說明了理論上針對三個不連續波長(原色：藍色=450nm，綠色=525nm和紅色=630nm)，在個別的閃耀等級q可以達到100%的尺度繞射效率；且對於其他無法對應於這些所選擇顏色的不連續波長，繞射效率會大幅減少。相對來說，虛線顯示習知使用光學繞射元件的第一閃耀等級的行為，其中被視為照明波長的波長敏感度明顯降低繞射。該圖表更說明繞射效率對於小波長的波動越敏感，繞射所選擇的閃耀等級就越高。這意味以範例中選出的三種波長來說，光學繞射元件會在藍光的光譜範圍中波長波動時表現最為敏感；因為第9閃耀等級係選擇用於藍色。在紅光的光譜範圍內，較小的波動並不會在減少的繞射效率上有如此強的效應。因此較佳為使用盡可能低的閃耀等級以限制此效應至最小。

本案所揭露之技術，得由熟習本技術人士據以實施，而其前所未有之作法亦具備專利性，爰依法提出專利之申請。惟上述之實施例尚不足以涵蓋本案所欲保護之專利範圍，因此，提出申請專利範圍如附。

LE_n‧‧‧照明元件

DOEn‧‧‧繞射聚焦元件

Wn‧‧‧光波

SLM‧‧‧空間光調變器

Hn‧‧‧部分全像圖

Pn‧‧‧目標光點

2‧‧‧聚焦器陣列

4‧‧‧焦點

5‧‧‧能見範圍

圖1為使用本發明所述之全像重建系統中的照明單元的示意圖；圖2為有能力產生干涉的波照亮光調變器SLM的部分範圍示意圖；圖3為對於繞射光波長為λ_Blue=450nm、λ_Green=525nm和λ_Red=630nm的單一光學繞射元件繞射繞射；圖4為本發明實施例中使用的光學繞射元件的的繞射效率。

LE_n‧‧‧照明元件

DOEn‧‧‧繞射聚焦元件

Wn‧‧‧光波

SLM‧‧‧空間光調變器

Hn‧‧‧部分圖

Pn‧‧‧目標光點

2‧‧‧聚焦器陣列

4‧‧‧焦點

5‧‧‧能見範圍

Claims (8)

1. 一種用於一全像重建系統之空間光調變器的照明單元，該全像重建系統用於一場景的目標光點的3D重建，且該全像重建系統包含具有位置偵測器及光波追蹤器的一系統控制裝置，以根據實際的眼睛位置致能於追蹤一焦點與調變過的光波，其中該空間光調變器以至少一視頻全像圖對有能力產生干涉的光波進行調變，該光波係由照明裝置所發射，該照明單元包含具有多個聚焦元件的一聚焦器陣列，該多個聚焦元件排列成一矩陣且以重建的目標光點將該調變過的光波聚焦至觀察者眼睛的至少一眼睛位置，且該照明單元還包含一光源陣列，該光源陣列包含排列成一矩陣的多個照明元件，且該多個照明元件發射有能力產生干涉的光線，其中，該多個聚焦元件排列成該聚焦器陣列以致於每一個聚焦元件被分配到該光源陣列內的至少一照明元件，其特徵在於該聚焦器陣列包括在一透射或反射基板上的多個光學繞射元件(DOE)的一矩陣排列，每一光學繞射元件(DOE)被分配到該光源陣列內的一照明元件以將所分配照明元件的同調光造形，以致形成有能力產生干涉且傳播至一眼睛位置的一部分光波，其中該多個光學繞射元件(DOE)將與其對應的多個部分光波聚焦或結合該與其對應的多個部分光波以形成一已預先給定形狀的照明波，並其中該與其對應的多個部分光波照明該空間光調變器，以及在有需要與其他的聚焦裝置結合的情況下該多個光學繞射元件(DOE)引導所有的部分光波，使在該光調變器表面的部分範圍被照射後，所有的部分光波在該眼睛位置上的一共同焦點實質上重合，且其中該多個光學繞射元件還包含多個週期性的微結構，該多個週期性的微結構包含多個不連續的可調控式微型單元，以改變取決於該眼睛位置的多個聚焦值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之照明單元，其中該多個光學繞射元件係設置於一平面上，並實現一拱形透鏡陣列的光學作用。
3. 如申請專利範圍第1項所述之照明單元，其中該多個光學繞射元件係排列於一平面上，並實現一平面透鏡陣列的光學作用，並透過至少另外一個置於光程下游的聚焦元件來調整所有的部分光波，使在該調變器表面的部分範圍被照亮後，所有的部分光波能夠在眼睛位置上的一共同焦點實質上重合。
4. 如申請專利範圍第1項所述之照明單元，其係使用以相干光照亮的視頻全像圖來進行彩色全像重建，且該相干光包含不同的不連續光譜波長，其中該多個光學繞射元件(DOE)係設計為達成一多光譜光繞射，且在針對每一光譜波長進行光波傳播時，使用個別的繞射級繞射。
5. 如申請專利範圍第4項所述之照明單元，其係利用該多個光學繞射元件與波長有關的光學特性，使得當光元件的光波形成時，對於每一光波長選出一個別的繞射級，繞射其中，該多個光學繞射元件(DOE)的微結構將每一光成分波的光線引導到大致相同且可區別的方向上，或引導至空間中一共同焦點上。
6. 如申請專利範圍第4項所述之照明單元，其係利用週期性微結構中的稜鏡元件，所述稜鏡元件排列為抑制不會將光波引導到眼睛位置之繞射級的光線。
7. 如申請專利範圍第1項所述之照明單元，其中該多個可調控式微型單元實現用於一可控制式光柵的稜鏡功能，以便使經聚焦及調變並指向一靠近視軸之基準位置的光波在重建該場景之前橫向對準實際的眼睛位置。
8. 如申請專利範圍第1項所述之照明單元，其中該多個可調控式 微型單元是截面具有光波波長之倍數的多個電子濕潤單元，因此能夠透過相位變化改變照亮該光調變器之光波的傳播參數。