仿真专业词义辨析之虚像显示与准直显示

1仿真专业词义辨析之二仿真专业词义辨析之二虚像显示与准直显示虚像显示与准直显示在飞行模拟器和其它的一些模拟器（如坦克、汽车驾驶模拟器等）的视 景系统中，有一种显示系统，有的称为虚像显示系统，有的称为准直显示系统。 在多数情况下，人们所指的是同一个具体的系统。但是，从光学的概念来说，虚 像显示系统和准直显示系统并不能完全等同。有的虚像显示系统也是准直显示系 统，有的虚像显示系统却不是准直显示系统。两者的差别,本质上在于”虚像”与”准 直”的差别。 虚像虚像（virtual image） 虚像是相对实像而言的。简单地说，所谓“实像实像” （real image） ，就是在成像 空间的像面上真实存在的像；所谓“虚像虚像” ，就是在成像空间的像面上实际不存在 的像。具体地说，如果物体的物点发出的同心光束经过光学器件后是收敛的，其 交汇点就是物点的实像点，物体所有物点的实像点的集合就构成了物体的实像； 如果物体的物点发出的同心光束经过光学器件后是发散的，不能交汇于一点，但 是，将这些发散的光线向其反方向延长，其虚线就会交汇成一点，这一点就是物 点的虚像点，物体所有物点的虚像点的集合就构成了物体的虚像。例如在图 1（a）中，物体 AB 发出的光线，经过凸透镜形成一个实像 AB；在图 1(b)中， 物体 AB 发出的光线，经过凹透镜后，在与物体的同一侧形成一个虚像 AB。 如果在实像面处放置一个幕布（或毛玻璃） ，则会在幕布（或毛玻璃）上显示物体 的实像，如电影屏幕上的景象或照相机毛玻璃上显示的像；如果在虚像面处放置 一个幕布（或毛玻璃） ，则不能在幕布（或毛玻璃）上显示物体的虚像。人们从镜 子中看到的像，就是虚像。不论是从平面镜还是曲面镜（当然包括球面镜） ，只要 是人眼直接从镜中看到的像，统统都是虚像。图 1 透镜成像2例如，家庭用的镜子，是一个典型的平面反射镜，而平面反射镜的基本性质 是对实物形成虚像，物和虚像对称于反射面，在反射面的两侧。人们从凹面镜中 看到的虚像，物和虚像也在反射面的两侧。无知的婴儿常常要到镜子的背后寻找 镜子中的人，当然是找不到的，因为镜子背后根本就没有人。人们平常使用的放 大镜，是一种凸透镜，通过它看到的是放大了的虚像。这种虚像与物在同一侧。 因此，在各种各样的模拟器中，只要是从镜面中看到景象的显示系统就是虚 像显示系统;凡是从承影屏(如屏幕)上看到景象的显示系统就是实像显示系统。 准直（准直（collimation） 所谓“准直” ，也是光学中的一个名词，也就是使光线平行的意思。例如，平 行光管（collimator） ，或称为准直光管，是一种能够提供无穷远目标和平行光束的 光学仪器。准直显示系统，也就是一种能够提供无穷远景象和平行光束的光学显 示系统。 在飞机的驾驶舱中，飞行员通过前风挡所看到的外部景物的距离通常都是比 较远的（几十米以上） 。在远处景物的相邻各点所发出的(或反射的)光线基本上都 是平行的。而在视景显示系统中，几十米的距离基本上就称为无穷远。因此，为 了逼真地模拟舱外的景象，除少数模拟器的部分视窗（如直升机的下视窗，汽车 模拟器的边窗等）外，对于大多数模拟器的视景系统来说，应该采用准直显示系 统。图 2 是一种小视场角的同轴式准直显示系统，显像管发出的光线，经过分光 镜的反射，再经过球面反射镜反射，透过分光镜，达到飞行员的眼睛。由于显像 管屏幕的位置正好在球面反射镜的焦面上，所以球面反射镜反射的光线是平行的。图 2 同轴准直显示系统又由于球面反射镜的主轴光线与入射光轴线重合，所以称为同轴准直显示系 统。3图 3 是当前世界上最流行的一种宽视场角的离轴式准直显示系统。图 3 离轴准直显示系统在这个系统中，投影器将图像投影到具有半透射性能的后投影屏幕上，形成 实像，而它的位置也正好在准直反射镜的焦面上，所以准直反射镜反射的光线也 是平行的。由于准直反射镜的主轴光线与入射光轴线有一个夹角，故称为离轴准 直显示系统。 此系统中的准直反射镜，既可以是球面反射镜，也可以是抛物面镜。从理论 上来说，球形凹面镜只有近轴光线才是平行的，抛物面镜则可使远轴光线也是平 行的。由于飞行模拟器所要求的视场角比较大，因此采用抛物面镜更为合适些。 从上述两种准直显示系统来看，它们都是虚像显示系统。但是，如果将图 2 或图图 3 的球面反射镜改为平面镜，虽然也是一个虚像显示系统，但却不是准直 显示系统。 由此可见，准直显示系统只是虚像显示系统的一个分支。对于具有准直作用 的显示系统，以称“准直显示系统”为好，因为它直接表明了它的性能特征。