虛像顯示

虛像是光的反射延長線會聚而成的像，不能用顯示屏承接，具有縱深感強的特點。目前，虛像顯示系統主要有兩種類型：同軸虛像顯示系統和旁軸虛像顯示系統。

同軸虛像顯示系統，由CRT顯示器、分光鏡和球面準直鏡組成。CRT顯示器顯示各通道圖像，其數目由通道數決定，一般為3個。球面準直鏡是一種球面的反射鏡，一般由玻璃磨製或在光滑球面鍍上反射層形成，其特徵是位於它焦平面上的物體能夠成正立的無限遠虛像。分光鏡是設計成透射率和反射率均為50%的透鏡，放置在球面準直鏡的焦平面上。這樣一來，CRT顯示器表面發出的光線經分光鏡後，一半反射到球面準直鏡。球面準直鏡再將約90%的光線反射到分光鏡，再一次經過分光鏡衰減50%後，只剩下最初光線的22．5%成為最後的有效光線，實際上最後的有效光線比22．5%還要低。由此可以看出，該類型顯示系統光線損失大，致使圖像亮度比較低。由於該系統屬於同軸光學系統，當觀察者偏離光軸較遠時，看到的圖像畸變較大，因此只適用於一個人觀察圖像。

另外，從該類型顯示系統成像原理上還可以看出，其受外界雜散光線干擾大。因為分光鏡本身也反射座艙內的光線，會使圖像對比度降低。若座艙光線太亮，飛行員甚至可以看到自己的像。又受其本身結構的限制，該類型顯示系統視場角比較小，水平視場一般很難超過50度，垂直視場難以超過35度。在前幾年研製生產的一些運輸機、轟炸機模擬器上，採用了該類型的顯示系統。隨着投影設備價格的降低，它已逐步被旁軸虛像顯示系統所替代。

旁軸虛像顯示系統，又稱為廣角無限顯示設備，(Wide-Angle Infinity Display Equipment，WIDE)系統，主要由投影器、球面準直鏡及後投影屏幕組成。球面準直鏡，一般是在精密光滑球面框架上用真空負壓一層反射膜來製成。後投影屏幕是曲面硬幕，一般由模具熱壓平板有機玻璃、再經特殊的塗層工藝處理得到，要求其透射率高、漫投射效果好，屏幕背面的亮度比投影面一側高，並安放在球面準直鏡焦平面上，投影幕上的圖像通過球面準直鏡就能成正立無限遠虛像。

該類型顯示系統具有明顯的優點。由於採用離軸方式，球面準直鏡半徑可以比較大，一般可達(3-3.5)m，水平視場角可達150度一220度，垂直視場可達40度-50度。從其成像原理上可以看出，光線損失小，亮度比較高，產生的圖像可近似於空中的亮度。從其結構上還可以發現，球面準直鏡傾斜放置在飛行員前，眼點不在其光軸上，座艙附近的雜散光線不會通過鏡面反射到飛行員視場內，而且當觀察者遠離光軸時圖像畸變小。因而，飛行員頭位在座艙內不受視景系統的限制，並受外界雜散光線影響小，可適用於雙座機模擬器選用。

從另一方面看，該系統也存在一些需要解決的技術難點。由於是旁軸型光學系統，即光學系統的物與所產生的像偏離光軸很遠，因而光學系統不滿足近軸光學的公式和規律，必須合理地選擇後投射屏的位置和麪形，以保證圖像的非線性失真最小。另外，由於虛像的放大率高、成像距離遠，對球面準直鏡的精度和表面粗糙度要求比較高。

WIDE系統的後投影屏大都是有機玻璃板材經加温達玻璃化温度後在模具上吹壓或負壓接觸成需要的雙曲面面形，爾後在凸面上噴塗散射層材料，成形的精度和塗層工藝均直接影響成像質量。

WIDE系統的球面反射鏡一直是被關注的焦點。國外早期大都是根據工藝和加工設備情況將光學硅玻璃分為若干塊，單塊成形為球面，進行磨砂、拋光、鍍反射膜，再組合成一整體，取得了滿意效果，但造價昂貴。隨着化工產品新技術的發展，出現了以聚酯塑料薄膜鍍反射膜經負壓成形為球面反射鏡代用產品，使得系統重量大大減輕，便於和運動平台兼容，製造成本大幅度下降，但同時反射效率、面形公差和分辨率等指標也有不同程度的下降，使用過程中需要面形檢測儀和負壓生成等附加設備來保證其工作面形，由於薄膜壽命等原因還需定期更換，而且國外高性能鍍膜反射鏡的價格對於國內大部分使用單位而言仍然難以承受。 ^[1]