所谓“虚象”,或虚像(virtual image),简单的说,就是虚无的象(或像)。人们从镜子中看到的象,就是虚象。不论是从平面镜还是曲面镜(当然包括球面镜),也不论是从凸透镜透视过来的还是从凹面镜反射的,统统都是虚象。 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象,物和虚象对称于反射面,物和虚象在反射面的两侧。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,通过放大镜看到的是放大了的虚象。这种虚象与物在同一侧。人们从凹面镜中看到的虚象,物和虚象也在反射面的两侧。 因此,凡是通过镜面所看到的象,都是虚象。这样说来,在各种各样的模拟器中,只要是从镜面中看到景象,这种显示系统就是虚象显示系统。 虚象是相对实象而言的。所谓“实象”(real image),就是在象面上存在的真实的象。例如,挂在墙壁上的画和照片,计算机和电视机屏幕上的图象,电影屏幕上的景象……等,都是实象。 准直(collimation) 所谓“准直”,也是光学中的一个名词,也就是平行光的意思。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。 在各种驾驶训练模拟器在中,特别是飞机飞行模拟器中,飞行员所看到的外部景物的距离通常都是比较远的(几十米以上),而在光学系统中,10米以上的距离通常就称为无穷远。也就是说,远距离发射的光线基本上是平行的。因此,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1是一种小视场角的同轴式准直显示系统,显象管发出的光线,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。由于显象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1 同轴准直显示系统 又由于球面反射镜的主轴光线与飞行员的视野中心轴线重合,所以称为同轴准直系统。 图2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2 离轴准直显示系统
在这个系统中,投影器将图象投影到具有半透射性能的后投影屏幕上,形成实象,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飞行员的视野中心轴线有一个夹角,故称为离轴准直系统。 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。从理论水来说,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,它们也都是虚象显示系统。但是,如果将图3的球面反射镜改为平面镜,虽然也是一个虚象显示系统,但却不是准直显示系统。 由此可见,准直显示系统只是虚象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。
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