편광 빔스플리터 및 이를 사용하는 시스템에서의 응력복굴절 보정 방법 document_id A220623068278

편광 빔스플리터(PBS: polarizing beamsplitter)의 기능은 하나의 편광 상태의 광을 반사시키고 직교 편광 상태의 광을 투과시키는 것이다. 따라서, PBS는 광의 편광에 의존하는 광학 시스템에서 널리 사용되고 있다. 이러한 광학 시스템의 일 예가, 조명 광선을 변조하기 위해 반사 LCD(액정 디스플레이) 패널을 사용하며 편광된 조명 광선이 예를 들어 PBS에서의 반사에 의해 LCD 패널을 향하게 되는 화상 투사 시스템이다. 광선은 반사된 광선이 조명 광선의 편광 상태의 비변조 광을 일부 포함하고 직교 편광 상태의 변조 광을 일부 포함하도록 LCD 패널에 의해 입체 변조된다. 비변조 비화상 광(non-image light)은 PBS에 의해 반사되며, 바람직한 화상을 포함하는 변조 화상 광은 PBS를 통해서 투과된다. 따라서, PBS는 비화상 광으로부터 화상 광을 분리하며, 이후 화상 광은 사용자의 관측을 위해 화면에 투사될 수 있다. 다른 형태의 PBS가 사용될 수도 있는 바: 편광 상태중 하나에 대해 브루어(Brewer's) 각도로 배향된 등방성 재료의 1/4 파장(quarter wave) 필름의 스택(stack)에 의존하는 MacNeille PBS를 사용하고, 교호적인 등방성 재료 및 복굴절 폴리머 재료의 스택을 이용하는 직교(Cartesian) 다층 광학 필름(MOF: multilayer optical film) PBS를 사용하는 투사 시스템들이 보고되었다. 직교 MOF PBS는 MacNeille PBS에 비해 낮은 f-수(f-number)와 높은 콘트라스트 및 투과율로 작동할 수 있다. PBS는 종종 두 개의 직각 유리 프리즘의 사변(斜邊) 사이에 개재되는 편광층으로서 형성된다. 그러나, 편광층과 화상 패널 사이에 놓이는 유리 프리즘에서 임의의 복굴절 지연이 있으면, 편광면에서 반사되는 정상 s-편광된 조명 광이 화상 패널에 입사될 때 부분적으로 p-편광되도록 회전되기 때문에 PBS에 의해 제공되는 콘트라스트가 감소될 수 있다. 이는 화상 패널에서의 반사 이후 광의 누설을 초래하여, 어두운 상태에서의 휘도 레벨 증가로 이어지고, 결국 콘트라스트가 감소된다. 유리 프리즘에서의 복굴절 지연은 여러가지 다른 원인에 기인할 수 있는 바, 예를 들면 PBS 조립 중에 PBS 부품에 유도되는 기계적 응력, 또는 집중 조명 광선에 쏘일 때 PBS에서의 열팽창 또는 PBS 고정구에 의해 유도되는 응력에 기인할 수 있다. 또한, 촬상 기기를 장착하기 위한 하드웨어가 PBS의 입력 프리즘에 부착되면, 이는 대개 유리 내의 파생(resulting) 응력으로 인해 PBS의 적어도 일부 영역에 걸쳐서 급격한 콘트라스트 감소를 초래할 것이다. 이 문제를 해결하기 위한 일환으로, 기계적 응력에 반응하여 복굴절을 거의 발달시키지 않는 낮은 SOC(stress-optic coefficient: 광응력 계수)를 갖는 유리를 만들기 위한 상당한 작업이 유리 제조업자에 의해 이루어졌다. Ohara 및 Schott에 의해 각각 제작된 PBH56 및 SF57이 이 형태의 예시적인 유리이다. 이러한 유리는 납을 상당량 함유하는 바, PBH56 및 SF57은 납을 70중량% 이상 함유한다. 따라서 이들 저SOC 유리는 환경적으로 바람직하지 않은 재료이며, 게다가 비싸고 가공이 어렵다. 또한, 저SOC 유리는 1.8보다 큰 고굴절율을 갖는 바, 이는 저굴절율 편광층에 매치될 때 광학 비효율 또는 수차를 초래할 수도 있다.