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)的視景系統中,有一種顯示系統,有的稱為虛像顯示系統,有的稱為準直顯示系統。在多數情況下,人們所指的是同一個具體的系統。但是,從光學的概念來說,虛像顯示系統和準直顯示系統並不能完全等同。有的虛像顯示系統也是準直顯示系統,有的虛像顯示系統卻不是準直顯示系統。兩者的差別,本質上在於」虛像」與」準直」的差別。
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)的視景系統中,有一種顯示系統,有的稱為虛像顯示系統,有的稱為準直顯示系統。在多數情況下,人們所指的是同一個具體的系統。但是,從光學的概念來說,虛像顯示系統和準直顯示系統並不能完全等同。有的虛像顯示系統也是準直顯示系統,有的虛像顯示系統卻不是準直顯示系統。兩者的差別,本質上在於」虛像」與」準直」的差別。
虛像(virtual image)
虛像是相對實像而言的。簡單地說,所謂「實像」(real image),就是在成像空間的像面上真實存在的像;所謂「虛像」,就是在成像空間的像面上實際不存在的像。具體地說,如果物體的物點發出的同心光束經過光學器件後是收斂的,其交匯點就是物點的實像點,物體所有物點的實像點的集合就構成了物體的實像;如果物體的物點發出的同心光束經過光學器件後是發散的,不能交匯於一點,但是,將這些發散的光線向其反方向延長,其虛線就會交匯成一點,這一點就是物點的虛像點,物體所有物點的虛像點的集合就構成了物體的虛像。如果在實像面處放置一個幕布(或毛玻璃),則會在幕布(或毛玻璃)上顯示物體的實像,如電影屏幕上的景象或照相機毛玻璃上顯示的像;如果在虛像面處放置一個幕布(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(當然包括球面鏡),只要是人眼直接從鏡中看到的像,統統都是虛像。
例如,家庭用的鏡子,是一個典型的平面反射鏡,而平面反射鏡的基本性質是對實物形成虛像,物和虛像對稱於反射面,在反射面的兩側。人們從凹面鏡中看到的虛像,物和虛像也在反射面的兩側。無知的嬰兒常常要到鏡子的背後尋找鏡子中的人,當然是找不到的,因為鏡子背後根本就沒有人。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。
因此,在各種各樣的模擬器中,只要是從鏡面中看到景象的顯示系統就是虛像顯示系統;凡是從承影屏(如屏幕)上看到景象的顯示系統就是實像顯示系統。
準直(collimation)
所謂「準直」,也是光學中的一個名詞,也就是使光線平行的意思。例如,平行光管(collimator),或稱為準直光管,是一種能夠提供無窮遠目標和平行光束的光學儀器。準直顯示系統,也就是一種能夠提供無窮遠景象和平行光束的光學顯示系統。
在飛機的駕駛艙中,飛行員通過前風擋所看到的外部景物的距離通常都是比較遠的(幾十米以上)。在遠處景物的相鄰各點所發出的(或反射的)光線基本上都是平行的。而在視景顯示系統中,幾十米的距離基本上就稱為無窮遠。因此,為了逼真地模擬艙外的景象,除少數模擬器的部分視窗(如直升機的下視窗,汽車模擬器的邊窗等)外,對於大多數模擬器的視景系統來說,應該採用準直顯示系統。又由於球面反射鏡的主軸光線與入射光軸線重合,所以稱為同軸準直顯示系統。
還有一種離軸準直顯示系統,投影器是將圖像投影到具有半透射性能的後投影屏幕上,形成實像,而它的位置也正好在準直反射鏡的焦面上,所以準直反射鏡反射的光線也是平行的。由於準直反射鏡的主軸光線與入射光軸線有一個夾角,故稱為離軸準直顯示系統。
從上述兩種準直顯示系統來看,它們都是虛像顯示系統。
由此可見,準直顯示系統只是虛像顯示系統的一個分支。對於具有準直作用的顯示系統,以稱「準直顯示系統」為好,因為它直接表明了它的性能特徵。