仿真專業(yè)詞義辨析之二——虛像顯示與準(zhǔn)直顯示

1、仿真專業(yè)詞義辨析之二虛像顯示與準(zhǔn)直顯示在飛行模擬器和其它的一些模擬器（如坦克、汽車駕駛模擬器等）的視景系統(tǒng)中，有一種顯示系統(tǒng)，有的稱為虛像顯示系統(tǒng)，有的稱為準(zhǔn)直顯示系統(tǒng)。在多數(shù)情況下，人們所指的是同一個(gè)具體的系統(tǒng)。但是，從光學(xué)的概念來說，虛像顯示系統(tǒng)和準(zhǔn)直顯示系統(tǒng)并不能完全等同。有的虛像顯示系統(tǒng)也是準(zhǔn)直顯示系統(tǒng)，有的虛像顯示系統(tǒng)卻不是準(zhǔn)直顯示系統(tǒng)。兩者的差別,本質(zhì)上在于”虛像”與”準(zhǔn)直”的差別。虛像（virtual image）虛像是相對實(shí)像而言的。簡單地說，所謂“實(shí)像”（real image），就是在成像空間的像面上真實(shí)存在的像；所謂“虛像”，就是在成像空間的像面上實(shí)際不存在的像。具體地說，

2、如果物體的物點(diǎn)發(fā)出的同心光束經(jīng)過光學(xué)器件后是收斂的，其交匯點(diǎn)就是物點(diǎn)的實(shí)像點(diǎn)，物體所有物點(diǎn)的實(shí)像點(diǎn)的集合就構(gòu)成了物體的實(shí)像；如果物體的物點(diǎn)發(fā)出的同心光束經(jīng)過光學(xué)器件后是發(fā)散的，不能交匯于一點(diǎn)，但是，將這些發(fā)散的光線向其反方向延長，其虛線就會交匯成一點(diǎn)，這一點(diǎn)就是物點(diǎn)的虛像點(diǎn)，物體所有物點(diǎn)的虛像點(diǎn)的集合就構(gòu)成了物體的虛像。例如在圖1（a）中，物體AB發(fā)出的光線，經(jīng)過凸透鏡形成一個(gè)實(shí)像AB；在圖1(b)中，物體AB發(fā)出的光線，經(jīng)過凹透鏡后，在與物體的同一側(cè)形成一個(gè)虛像AB。如果在實(shí)像面處放置一個(gè)幕布（或毛玻璃），則會在幕布（或毛玻璃）上顯示物體的實(shí)像，如電影屏幕上的景象或照相機(jī)毛玻璃上顯示的像；如

3、果在虛像面處放置一個(gè)幕布（或毛玻璃），則不能在幕布（或毛玻璃）上顯示物體的虛像。人們從鏡子中看到的像，就是虛像。不論是從平面鏡還是曲面鏡（當(dāng)然包括球面鏡），只要是人眼直接從鏡中看到的像，統(tǒng)統(tǒng)都是虛像。 圖1 透鏡成像例如，家庭用的鏡子，是一個(gè)典型的平面反射鏡，而平面反射鏡的基本性質(zhì)是對實(shí)物形成虛像，物和虛像對稱于反射面，在反射面的兩側(cè)。人們從凹面鏡中看到的虛像，物和虛像也在反射面的兩側(cè)。無知的嬰兒常常要到鏡子的背后尋找鏡子中的人，當(dāng)然是找不到的，因?yàn)殓R子背后根本就沒有人。人們平常使用的放大鏡，是一種凸透鏡，通過它看到的是放大了的虛像。這種虛像與物在同一側(cè)。因此，在各種各樣的模擬器中，只要是從鏡

4、面中看到景象的顯示系統(tǒng)就是虛像顯示系統(tǒng);凡是從承影屏(如屏幕)上看到景象的顯示系統(tǒng)就是實(shí)像顯示系統(tǒng)。準(zhǔn)直（collimation）所謂“準(zhǔn)直”，也是光學(xué)中的一個(gè)名詞，也就是使光線平行的意思。例如，平行光管（collimator），或稱為準(zhǔn)直光管，是一種能夠提供無窮遠(yuǎn)目標(biāo)和平行光束的光學(xué)儀器。準(zhǔn)直顯示系統(tǒng)，也就是一種能夠提供無窮遠(yuǎn)景象和平行光束的光學(xué)顯示系統(tǒng)。在飛機(jī)的駕駛艙中，飛行員通過前風(fēng)擋所看到的外部景物的距離通常都是比較遠(yuǎn)的（幾十米以上）。在遠(yuǎn)處景物的相鄰各點(diǎn)所發(fā)出的(或反射的)光線基本上都是平行的。而在視景顯示系統(tǒng)中，幾十米的距離基本上就稱為無窮遠(yuǎn)。因此，為了逼真地模擬艙外的景象，除少數(shù)

5、模擬器的部分視窗（如直升機(jī)的下視窗，汽車模擬器的邊窗等）外，對于大多數(shù)模擬器的視景系統(tǒng)來說，應(yīng)該采用準(zhǔn)直顯示系統(tǒng)。圖2是一種小視場角的同軸式準(zhǔn)直顯示系統(tǒng)，顯像管發(fā)出的光線，經(jīng)過分光鏡的反射，再經(jīng)過球面反射鏡反射，透過分光鏡，達(dá)到飛行員的眼睛。由于顯像管屏幕的位置正好在球面反射鏡的焦面上，所以球面反射鏡反射的光線是平行的。圖2 同軸準(zhǔn)直顯示系統(tǒng)又由于球面反射鏡的主軸光線與入射光軸線重合，所以稱為同軸準(zhǔn)直顯示系統(tǒng)。圖3是當(dāng)前世界上最流行的一種寬視場角的離軸式準(zhǔn)直顯示系統(tǒng)。圖3 離軸準(zhǔn)直顯示系統(tǒng)在這個(gè)系統(tǒng)中，投影器將圖像投影到具有半透射性能的后投影屏幕上，形成實(shí)像，而它的位置也正好在準(zhǔn)直反射鏡的焦面上，所以準(zhǔn)直反射鏡反射的光線也是平行的。由于準(zhǔn)直反射鏡的主軸光線與入射光軸線有一個(gè)夾角，故稱為離軸準(zhǔn)直顯示系統(tǒng)。此系統(tǒng)中的準(zhǔn)直反射鏡，既可以是球面反射鏡，也可以是拋物面鏡。從理論上來說，球形凹面鏡只有近軸光線才是平行的，拋物面鏡則可使遠(yuǎn)軸光線也是平行的。由于飛行模擬器所要求的視場角比較大，因此采用拋物面鏡更為合適些。從上述兩種準(zhǔn)直顯示系統(tǒng)來看，它們都是虛像顯示系統(tǒng)。但是，如果將圖2或圖圖3的球面反射鏡改為平面鏡，雖然