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JP7208513B2 - PHASE MODULATION DEVICE AND PHASE MODULATION METHOD - Google Patents

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JP7208513B2 JP2019057239A JP2019057239A JP7208513B2 JP 7208513 B2 JP7208513 B2 JP 7208513B2 JP 2019057239 A JP2019057239 A JP 2019057239A JP 2019057239 A JP2019057239 A JP 2019057239A JP 7208513 B2 JP7208513 B2 JP 7208513B2
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Description

本発明は、位相変調装置、及び位相変調方法に関する。 The present invention relates to a phase modulation device and a phase modulation method.

従来より、例えば特許文献1に開示されているように、LCOS(Liquid Crystal On Silicon)を用いた位相変調装置が提案されている。特許文献1の段落[0015]等には、LCOS素子の各画素に印加する電圧を制御して、入射した光を位相変調することが開示されている。 Conventionally, a phase modulation device using LCOS (Liquid Crystal On Silicon) has been proposed as disclosed in Patent Document 1, for example. Paragraph [0015] of Patent Document 1 and the like disclose controlling the voltage applied to each pixel of the LCOS element to phase-modulate the incident light.

特開2014-56004号公報JP 2014-56004 A

赤外域の光を扱う装置では、長波長の光を十分に変調させなければならない。そのために、高い変調率を確保する手段としては、基本として高い屈折率異方性を持つ液晶材料を用いることが挙げられるが、その他に、第一に液晶層を厚くする、第二に液晶への印加電圧を高くすることが挙げられる。液晶層を厚くする方法では、液晶の配向が乱れやすくなるといったデメリットが生じる。 Devices that handle infrared light must sufficiently modulate long-wavelength light. Therefore, as a means to secure a high modulation factor, it is basically possible to use a liquid crystal material having a high refractive index anisotropy. For example, the applied voltage of is increased. The method of increasing the thickness of the liquid crystal layer has the disadvantage that the orientation of the liquid crystal tends to be disturbed.

一方、上述した特許文献1に開示された技術では、駆動回路より各画素に供給する電圧が限られているため、位相を変調する際の変調量を大きくすることができない。駆動回路より出力する電圧を高めると、回路素子の耐圧を高める必要があり、更には消費電力が高まるという問題が発生する。 On the other hand, in the technique disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, since the voltage supplied to each pixel from the drive circuit is limited, the amount of modulation when modulating the phase cannot be increased. If the voltage output from the drive circuit is increased, it is necessary to increase the withstand voltage of the circuit elements, which causes a problem of increased power consumption.

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、液晶層の厚みの増加を抑制するとともに、列データ線から画素回路に供給する電圧を高めることなく、液晶への印加電圧を高めることにより、赤外光においても十分な位相変調量を確保することが可能な位相変調装置、及び位相変調方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve such conventional problems. An object of the present invention is to provide a phase modulation device and a phase modulation method capable of securing a sufficient phase modulation amount even for infrared light by increasing the voltage applied to the liquid crystal without increasing the voltage.

上記目的を達成するため、本発明に係る位相変調装置は、入射光を所望の角度に反射させる位相変調装置であって、互いに直交する複数の列データ線と複数の行走査線とがそれぞれ交差する位置に設けられた複数の画素回路、及び複数の反射画素と、前記反射画素に対応して設けられ、前記画素回路より供給される駆動電圧により入射光に対する屈折率が変化する液晶と、前記画素回路の駆動を制御する制御回路と、を備え、前記画素回路は、所定のパルス幅またはパルス数を有するデジタル信号が供給された際に、このデジタル信号を保持するデジタル信号保持部と、前記デジタル信号保持部より出力される前記デジタル信号を増幅するチャージポンプと、を有し、更に前記制御回路は、前記液晶に供給する前記駆動電圧が、前記デジタル信号の最大振幅以下の場合には、前記デジタル信号を増幅せずに前記液晶に出力し、前記液晶に供給する駆動電圧が、前記最大振幅を超える場合には、前記デジタル信号を前記チャージポンプで増幅して前記液晶に出力する制御を行うチャージポンプ制御部と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a phase modulation device according to the present invention is a phase modulation device for reflecting incident light at a desired angle, wherein a plurality of column data lines and a plurality of row scanning lines orthogonal to each other intersect each other. a plurality of pixel circuits and a plurality of reflective pixels provided at positions where the a control circuit for controlling driving of the pixel circuit, wherein the pixel circuit includes a digital signal holding unit that holds a digital signal having a predetermined pulse width or number of pulses when the digital signal is supplied; a charge pump that amplifies the digital signal output from the digital signal holding unit; The digital signal is output to the liquid crystal without being amplified, and when the drive voltage supplied to the liquid crystal exceeds the maximum amplitude, the digital signal is amplified by the charge pump and output to the liquid crystal. and a charge pump control unit for performing the charging.

また、本発明に係る位相変調方法は、入射光を所望の角度に反射させる位相変調方法であって、互いに直交する複数の列データ線と複数の行走査線とがそれぞれ交差する位置に設けられた複数の画素回路に、所定のパルス幅またはパルス数のデジタル信号を出力するステップと、前記デジタル信号を保持するステップと、前記各画素回路に対応して設けられ、入力する駆動電圧に応じて入射光に対する屈折率が変化する液晶に供給する駆動電圧が、前記デジタル信号の最大振幅以下の場合には、前記デジタル信号を増幅せずに前記液晶に出力するステップと、前記液晶に供給する駆動電圧が、前記最大振幅を超える場合には、チャージポンプにて前記デジタル信号を増幅して前記液晶に出力するステップと、を備えたことを特徴とする。 Further, the phase modulation method according to the present invention is a phase modulation method for reflecting incident light at a desired angle, and is provided at positions where a plurality of mutually orthogonal column data lines and a plurality of row scanning lines intersect each other. a step of outputting a digital signal having a predetermined pulse width or a predetermined number of pulses to a plurality of pixel circuits; a step of holding the digital signal; outputting the digital signal to the liquid crystal without amplification when a driving voltage supplied to the liquid crystal whose refractive index changes with respect to incident light is equal to or less than the maximum amplitude of the digital signal; a step of amplifying the digital signal with a charge pump and outputting it to the liquid crystal when the voltage exceeds the maximum amplitude.

本発明によれば、列データ線から画素回路に供給する制御電圧を大きくすることなく、反射光の位相変調量を大きく設定することが可能となる。これにより、位相変調量の確保のための液晶層の厚化と、この液晶層の厚化による液晶配向の乱れを抑えることができる。 According to the present invention, it is possible to set a large amount of phase modulation of reflected light without increasing the control voltage supplied from the column data line to the pixel circuit. As a result, it is possible to suppress the thickening of the liquid crystal layer for securing the phase modulation amount and the disturbance of the liquid crystal alignment due to the thickening of the liquid crystal layer.

図1は、本発明の実施形態に係る位相変調装置の構成を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing the configuration of a phase modulation device according to an embodiment of the invention. 図2は、本発明の実施形態に係る位相変調装置の構成を示す側面方向の断面図である。FIG. 2 is a side sectional view showing the configuration of the phase modulation device according to the embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施形態に係る位相変調装置の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a phase modulation device according to an embodiment of the invention. 図4は、本発明の実施形態に係る位相変調装置に設けられる各画素回路の構成を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of each pixel circuit provided in the phase modulation device according to the embodiment of the invention. 図5は、画素回路で反射する反射光の方向を示す説明図であり、sa1はチャージポンプがオフの場合、sb1はチャージポンプがオンの場合を示す。FIG. 5 is an explanatory diagram showing the direction of reflected light reflected by the pixel circuit, where sa1 indicates the case when the charge pump is off and sb1 indicates the case when the charge pump is on. 図6(a)はマトリクス状に配置された各画素回路を示し、図6(b)は各画素回路から液晶に供給される駆動電圧を示すグラフである。FIG. 6(a) shows pixel circuits arranged in a matrix, and FIG. 6(b) is a graph showing drive voltages supplied from each pixel circuit to the liquid crystal. 図7は、デジタル信号のデータビット数と、パルス数・幅との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the number of data bits of a digital signal and the number/width of pulses. 図8は、本発明の実施形態に係る位相変調装置の各画素回路に設けられるトランジスタQ2、及びスイッチS1~S4の作動を示すタイミングチャートである。FIG. 8 is a timing chart showing operations of the transistor Q2 and the switches S1 to S4 provided in each pixel circuit of the phase modulation device according to the embodiment of the present invention. 図9は、本実施形態に係る位相変調回路に設けられる画素回路の変形例を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a modification of the pixel circuit provided in the phase modulation circuit according to this embodiment.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る位相変調装置の平面図、図2は側面方向の断面図である。図1、図2に示すように、本実施形態に係る位相変調装置101は、反射基板11と、液晶層12と、対向基板13とを備えたLCOSパネル構造を有している。そして、対向基板13側(図2の矢印Y1の方向)から入射した光を反射させて、それぞれ位相が異なる複数の反射光に分別するものである。なお以下では、反射基板11、及び対向基板13の光が入射する側の面を「光入射面」とする。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a phase modulation device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side cross-sectional view. As shown in FIGS. 1 and 2, a phase modulation device 101 according to this embodiment has an LCOS panel structure including a reflective substrate 11, a liquid crystal layer 12, and a counter substrate 13. FIG. Then, the light incident from the counter substrate 13 side (the direction of the arrow Y1 in FIG. 2) is reflected and separated into a plurality of reflected lights having different phases. In the following, the surfaces of the reflecting substrate 11 and the opposing substrate 13 on which light is incident are referred to as "light incident surfaces".

反射基板11の光入射面には、光を反射する金属(例えば、アルミニウムなど)で形成される複数の反射画素が設けられ、更に、反射画素ごとにそれぞれ画素回路が設けられている。画素回路21は、図3にて後述するように、水平方向、及び垂直方向にそれぞれ複数配置されている。各画素回路21は、制御回路22の制御により作動する。 A plurality of reflective pixels made of a metal that reflects light (for example, aluminum) is provided on the light incident surface of the reflective substrate 11, and a pixel circuit is provided for each reflective pixel. A plurality of pixel circuits 21 are arranged in the horizontal direction and the vertical direction, respectively, as will be described later with reference to FIG. Each pixel circuit 21 operates under the control of the control circuit 22 .

対向基板13は、反射基板11の光入射面側に一定の間隔を持って平行に配置されており、透明部材(例えば、透明なガラス材)で形成されている。即ち、対向基板13は、透明基板としての機能を備えている。更に、対向基板13には透明電極が設けられている。従って、対向基板13の光入射面側から入射する光は、透明部材及び透明電極を通過して、液晶層12に入射することになる。 The opposing substrate 13 is arranged parallel to the light incident surface side of the reflecting substrate 11 at a constant interval, and is made of a transparent member (for example, a transparent glass material). That is, the counter substrate 13 has a function as a transparent substrate. Furthermore, the counter substrate 13 is provided with a transparent electrode. Therefore, the light incident from the light incident surface side of the opposing substrate 13 passes through the transparent member and the transparent electrode and enters the liquid crystal layer 12 .

液晶層12は、反射基板11及び対向基板13に挟まれた空間に配置され、周囲はシール材14により封止されている。また、以下の説明の便宜上、液晶層12を各反射画素(即ち、各画素回路21)上で区分した液晶42(後述する図4参照)と考える。液晶42は、光反射性を有する画素電極(後述の図4に示すq1、即ち反射画素)と、画素電極に離間して対向配置された共通電極(後述の図4に示すq2、即ち透明電極)との間に充填封止されて構成されている。そして、画素電極q1には、画素回路21より出力される電圧(以下、「駆動電圧」とする)が供給され、共通電極q2には、予め設定された共通電極電圧が供給される。 The liquid crystal layer 12 is arranged in a space sandwiched between the reflective substrate 11 and the opposing substrate 13, and the periphery thereof is sealed with a sealing material 14. As shown in FIG. For the convenience of the following explanation, the liquid crystal layer 12 is considered as a liquid crystal 42 (see FIG. 4 described later) divided on each reflective pixel (that is, each pixel circuit 21). The liquid crystal 42 includes a pixel electrode having light reflectivity (q1 shown in FIG. 4 to be described later, i.e., reflective pixel) and a common electrode (q2 shown in FIG. 4 to be described later, i.e., transparent electrode ) and are filled and sealed. A voltage output from the pixel circuit 21 (hereinafter referred to as "driving voltage") is supplied to the pixel electrode q1, and a preset common electrode voltage is supplied to the common electrode q2.

従って、各画素回路21により印加される駆動電圧と、共通電極q2に印加される共通電極電圧との間の電位差により、各反射画素上の液晶42の入射光に対する屈折率を、個別の液晶42ごと或いは所定数のグループごとに変化させ、対向基板13の光入射面側から入射した入射光を所望の方向に反射させることができる。
ある複数の連続した反射画素上の液晶42の屈折率を段階的に大から小(或いは、小から大)と変化させることで、そこに入射した入射光の速度(位相の進みや遅れ)に差が生じることから、入射した光は曲がって進み、ある角度を持った反射光を得ることができる。
Therefore, by the potential difference between the drive voltage applied by each pixel circuit 21 and the common electrode voltage applied to the common electrode q2, the refractive index of the liquid crystal 42 on each reflective pixel with respect to the incident light is changed by the individual liquid crystal 42 The light incident on the light incident surface side of the counter substrate 13 can be reflected in a desired direction by changing the light intensity for each group or for each predetermined number of groups.
By changing the refractive index of the liquid crystal 42 on a plurality of continuous reflective pixels stepwise from large to small (or from small to large), the speed of the incident light (advance or delay in phase) will change. Because of the difference, the incident light travels in a curved manner, and reflected light with a certain angle can be obtained.

次に、各画素回路21、及び各画素回路21を制御する制御回路22の構成を、図3に示すブロック図、及び図4に示す回路図を参照して説明する。図3において、制御回路22は、マトリクス状に配置された複数(m列、n行)の画素回路21と、水平走査回路23と、垂直走査回路24と、チャージポンプ制御部25と、を備えている。そして、制御回路22は、各画素回路21に電気信号を出力して各画素回路21を駆動させ、各画素回路21より駆動電圧が印加される。各反射画素上の液晶42の入射光に対する屈折率が所望の値になるように制御する。 Next, the configuration of each pixel circuit 21 and the control circuit 22 that controls each pixel circuit 21 will be described with reference to the block diagram shown in FIG. 3 and the circuit diagram shown in FIG. 3, the control circuit 22 includes a plurality of pixel circuits 21 (m columns, n rows) arranged in a matrix, a horizontal scanning circuit 23, a vertical scanning circuit 24, and a charge pump control section 25. ing. Then, the control circuit 22 outputs an electric signal to each pixel circuit 21 to drive each pixel circuit 21 , and a driving voltage is applied from each pixel circuit 21 . The refractive index for incident light of the liquid crystal 42 on each reflective pixel is controlled to a desired value.

画素回路21は、互いに直交するm本の列データ線(D1~Dm)と、n本の行走査線(G1~Gn)との各交差部(交差する位置)にマトリクス状に複数個(m×n個)配置されている。複数の画素回路21は、全て同一に構成されている。更に、行走査線(G1~Gn)に並行して、駆動線(L1~Ln)、及び制御線(K1~Kn)が設けられている。駆動線(L1~Ln)、制御線(K1~Kn)は、チャージポンプ制御部25に接続されている。 A plurality of pixel circuits 21 (m ×n) are arranged. The plurality of pixel circuits 21 are all configured identically. Further, drive lines (L1 to Ln) and control lines (K1 to Kn) are provided in parallel with the row scanning lines (G1 to Gn). The drive lines (L1-Ln) and the control lines (K1-Kn) are connected to the charge pump controller 25. FIG.

駆動線(L1~Ln)は、各画素回路21に設けられるトランジスタQ2(短絡スイッチ;図4参照)のオン、オフを切り替えるための制御信号を送信する電線である。また、制御線(K1~Kn)は、各画素回路21に設けられたスイッチS1~S4(図4参照)のオン、オフを切り替えるための制御信号を送信する配線である。なお、制御線(K1~Kn)は、図4に示すようにそれぞれ複数本(図では、K1-1、K1-2の2本)設けられているが、図3では1本の制御線K1で簡略化して示している。
列データ線(D1~Dm)は、デジタル信号線X1より出力されるデジタル信号を各画素回路21に供給するための配線である。
The drive lines (L1 to Ln) are wires for transmitting control signals for switching on and off of the transistor Q2 (short-circuit switch; see FIG. 4) provided in each pixel circuit 21. FIG. The control lines (K1 to Kn) are wirings for transmitting control signals for switching ON/OFF of the switches S1 to S4 (see FIG. 4) provided in each pixel circuit . As shown in FIG. 4, a plurality of control lines (K1-Kn) are provided (two lines K1-1 and K1-2 in FIG. 3). are shown in abbreviated form.
The column data lines (D1 to Dm) are wirings for supplying each pixel circuit 21 with a digital signal output from the digital signal line X1.

[画素回路21の説明]
図4は、画素回路21の詳細な構成を示す回路図である。なお、ここでは図3に示す列データ線D1と行走査線G1の交差部に配置された画素回路21(これを、画素回路21aとする)の構成について説明する。図4に示すように画素回路21aは、SRAM(Static RAM;デジタル信号保持部)32と、トランジスタQ1、Q2と、チャージポンプ31と、出力キャパシタC2を備えている。
[Description of Pixel Circuit 21]
FIG. 4 is a circuit diagram showing a detailed configuration of the pixel circuit 21. As shown in FIG. Here, the configuration of the pixel circuit 21 (referred to as pixel circuit 21a) arranged at the intersection of the column data line D1 and the row scanning line G1 shown in FIG. 3 will be described. As shown in FIG. 4, the pixel circuit 21a includes an SRAM (Static RAM; digital signal holding unit) 32, transistors Q1 and Q2, a charge pump 31, and an output capacitor C2.

SRAM32は、列データ線D1より供給される各ビットに対応したパルスパターンからなるデジタル信号を保持し、最大振幅となる電圧VLCのデジタル信号を出力する。後述するように、SRAM32は、電圧「0」或いは「VLC」のデジタル信号を出力する。具体的に、パルスが立っていない場合には電圧「VLC」を出力し、パルスが立っている場合には振幅「VLC」のパルスパターンを出力する。また、後述するチャージポンプ31を駆動させることにより、電圧VLCを2倍の電圧「2*VLC」に増幅して液晶42に供給することができる。 The SRAM 32 holds a digital signal consisting of a pulse pattern corresponding to each bit supplied from the column data line D1, and outputs a digital signal of voltage VLC with maximum amplitude. As will be described later, the SRAM 32 outputs a digital signal of voltage "0" or "VLC". Specifically, when the pulse does not rise, the voltage "VLC" is output, and when the pulse rises, the pulse pattern with the amplitude "VLC" is output. Further, by driving the charge pump 31 which will be described later, the voltage VLC can be amplified to a voltage "2*VLC" which is doubled and supplied to the liquid crystal 42. FIG.

即ち、SRAM32は、列データ線に供給されるデジタル信号のパルス数またはパルス幅に応じたデジタル信号を出力する機能を備えている。 That is, the SRAM 32 has a function of outputting a digital signal corresponding to the pulse number or pulse width of the digital signal supplied to the column data line.

トランジスタQ1は、スイッチングトランジスタであり、例えばNチャネルのMOSFET(電界効果トランジスタ)で構成されている。該トランジスタQ1の一方の端子(例えば、ドレイン)は列データ線D1に接続され、他方の端子(例えば、ソース)はSRAM32の入力に接続されている。また、トランジスタQ1の制御端子(例えば、ゲート)は、行走査線G1に接続されている。従って、行走査線G1が選択され、且つ列データ線D1よりデジタル信号が入力された場合には、このデジタル信号はSRAM32に供給されることになる。 The transistor Q1 is a switching transistor, and is composed of, for example, an N-channel MOSFET (field effect transistor). One terminal (eg, drain) of the transistor Q1 is connected to the column data line D1, and the other terminal (eg, source) is connected to the input of the SRAM32. A control terminal (for example, gate) of the transistor Q1 is connected to the row scanning line G1. Therefore, when the row scanning line G1 is selected and a digital signal is input from the column data line D1, this digital signal is supplied to the SRAM32.

トランジスタQ2についても前述したトランジスタQ1と同様にスイッチングトランジスタであり、例えばNチャネルのMOSFET(電界効果トランジスタ)で構成されている。該トランジスタQ2の一方の端子(例えば、ドレイン)はチャージポンプ31の入力端子p1に接続され、他方の端子(例えば、ソース)はチャージポンプ31の出力端子p2に接続されている。 Similar to the transistor Q1, the transistor Q2 is also a switching transistor, and is composed of, for example, an N-channel MOSFET (field effect transistor). One terminal (eg, drain) of the transistor Q2 is connected to the input terminal p1 of the charge pump 31, and the other terminal (eg, source) is connected to the output terminal p2 of the charge pump 31. FIG.

また、制御端子(例えば、ゲート)は、駆動線L1に接続されている。従って、駆動線L1に「H」レベルの電圧が供給されると、トランジスタQ2がオンとなってチャージポンプ31の入力端子p1と出力端子p2が短絡される。即ち、入力端子p1に供給された電圧をそのまま出力端子p2に出力することができる。換言すれば、チャージポンプ31の機能を停止させることができる。これとは反対に、駆動線L1に「L」レベルの電圧が供給されると、トランジスタQ2がオフとなる。このため、チャージポンプ31の入力端子p1と出力端子p2が開放され、チャージポンプ31を作動させることができる。 A control terminal (for example, a gate) is connected to the drive line L1. Therefore, when a voltage of "H" level is supplied to the drive line L1, the transistor Q2 is turned on and the input terminal p1 and the output terminal p2 of the charge pump 31 are short-circuited. That is, the voltage supplied to the input terminal p1 can be directly output to the output terminal p2. In other words, the function of the charge pump 31 can be stopped. On the contrary, when drive line L1 is supplied with a voltage of "L" level, transistor Q2 is turned off. Therefore, the input terminal p1 and the output terminal p2 of the charge pump 31 are opened, and the charge pump 31 can be operated.

即ち、トランジスタQ2は、チャージポンプ31にSRAM32の出力電圧が供給される入力端子p1と、チャージポンプ31から液晶42に電圧(駆動電圧)を出力する出力端子p2とを短絡する短絡スイッチとしての機能を備えている。 That is, the transistor Q2 functions as a short-circuit switch that short-circuits the input terminal p1, through which the charge pump 31 is supplied with the output voltage of the SRAM 32, and the output terminal p2, through which the charge pump 31 outputs the voltage (driving voltage) to the liquid crystal 42. It has

そして、後述するように、列データ線D1より供給されるデジタル信号のデータビット数が「0~m/2」(但し、mは最大ビット数)の範囲である場合には、チャージポンプ制御部25(図3参照)の制御により、トランジスタQ2を短絡しチャージポンプ31の駆動を停止する。また、デジタル信号のデータビット数が「m/2~m」の範囲である場合には、トランジスタQ2を開放し、チャージポンプ31を駆動可能な状態にする。 As will be described later, when the number of data bits of the digital signal supplied from the column data line D1 is in the range of "0 to m/2" (where m is the maximum number of bits), the charge pump control unit 25 (see FIG. 3) short-circuits the transistor Q2 to stop the charge pump 31 from driving. Further, when the number of data bits of the digital signal is in the range of "m/2 to m", the transistor Q2 is opened and the charge pump 31 is made drivable.

チャージポンプ31は、4つのスイッチS1~S4と、電荷を蓄積するキャパシタC1(第1キャパシタ)を備えており、入力端子p1に供給される電圧(SRAM32の出力電圧)を増幅して出力端子p2に出力する。 The charge pump 31 includes four switches S1 to S4 and a capacitor C1 (first capacitor) for storing charges, and amplifies the voltage supplied to the input terminal p1 (the output voltage of the SRAM 32) and outputs it to the output terminal p2. output to

チャージポンプ31において、スイッチS1(第1スイッチ)とスイッチS3(第3スイッチ)は互いに直列接続され、スイッチS1側の端部は入力端子p1に接続され、スイッチS3側の端部は出力端子p2に接続されている。また、スイッチS2(第2スイッチ)とスイッチS4(第4スイッチ)は互いに直列接続され、スイッチS2側の端部は入力端子p1に接続され、スイッチS4側の端部はグランドに接続されている。 In the charge pump 31, a switch S1 (first switch) and a switch S3 (third switch) are connected in series, the end on the switch S1 side is connected to the input terminal p1, and the end on the switch S3 side is connected to the output terminal p2. It is connected to the. Also, the switch S2 (second switch) and the switch S4 (fourth switch) are connected in series with each other, the end on the switch S2 side is connected to the input terminal p1, and the end on the switch S4 side is connected to the ground. .

更に、スイッチS1とS3の接続点と、スイッチS2とS4の接続点との間にはキャパシタC1が設けられている。出力端子p2は、出力キャパシタC2を介してグランドに接続され、更に、液晶42の画素電極q1に接続されている。即ち、キャパシタC1の一端は、スイッチS1、S3に接続され、キャパシタC1の他端は、スイッチS2、S4に接続されている。また、前述したように、液晶42の共通電極q2は、透明ガラスに設けられた透明電極である。透明電極には、共通電極電圧が印加される。 Furthermore, a capacitor C1 is provided between the connection point of the switches S1 and S3 and the connection point of the switches S2 and S4. The output terminal p2 is connected to the ground via the output capacitor C2 and further connected to the pixel electrode q1 of the liquid crystal 42. FIG. That is, one end of the capacitor C1 is connected to the switches S1 and S3, and the other end of the capacitor C1 is connected to the switches S2 and S4. Further, as described above, the common electrode q2 of the liquid crystal 42 is a transparent electrode provided on transparent glass. A common electrode voltage is applied to the transparent electrode.

液晶42は、画素回路21から画素電極q1に与えられる駆動電圧と、共通電極q2に与えられる共通電極との間の電位差に応じて駆動される。従って、該液晶42に入射した入射光が、上記電位差に応じて位相変調されて、反射することになる。 The liquid crystal 42 is driven according to the potential difference between the drive voltage applied to the pixel electrode q1 from the pixel circuit 21 and the common electrode applied to the common electrode q2. Therefore, the incident light incident on the liquid crystal 42 is phase-modulated according to the potential difference and reflected.

[反射基板による反射光の説明]
図5は、画素回路21に入射する入射光と、画素回路21に対応する反射画素20で反射する反射光の角度を模式的に示す説明図である。図5において、符号stは、画素回路21ごとに対応した反射画素20に直交する方向から入射する入射光を示し、符号sa1は反射画素20にて角度θaで反射した反射光を示し、符号sb1は角度θbで反射した反射光を示している。入射光stの同一位相面(入射光stの方向を法線とする面)はr1であり、反射光sa1の位相面はra1であり、反射光sb1の同一位相面はrb1である。
[Description of Reflected Light by Reflective Substrate]
FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing angles of incident light incident on the pixel circuit 21 and reflected light reflected by the reflective pixel 20 corresponding to the pixel circuit 21 . In FIG. 5, symbol st indicates incident light incident from a direction orthogonal to the reflective pixel 20 corresponding to each pixel circuit 21, symbol sa1 indicates reflected light reflected at the angle θa by the reflective pixel 20, and symbol sb1. indicates reflected light reflected at an angle θb. The same phase plane of the incident light st (a plane normal to the direction of the incident light st) is r1, the phase plane of the reflected light sa1 is ra1, and the same phase plane of the reflected light sb1 is rb1.

図5に示すように、反射画素20に対してほぼ直交する方向から入射光stが照射され、該液晶42に入射する。また、画素回路21により液晶42に印加される駆動電圧に応じて、該液晶42の屈折率が変化する。例えば、従来の駆動電圧の最大が電圧Vaである場合には、連続した画素回路21で段階的に最小電圧Vminから電圧Vaまで電圧を変化させた際に得られる反射光sa1の反射角度はθaなのに対して、チャージポンプ31を駆動させた場合には、駆動電圧の最大がVb(Vb>Va)となり、より大きな反射角度θbで反射する反射光sb1が得られる。 As shown in FIG. 5, incident light st is applied from a direction substantially orthogonal to the reflective pixel 20 and enters the liquid crystal 42 . Further, the refractive index of the liquid crystal 42 changes according to the drive voltage applied to the liquid crystal 42 by the pixel circuit 21 . For example, when the maximum drive voltage in the conventional art is the voltage Va, the reflection angle of the reflected light sa1 obtained when the voltage is changed stepwise from the minimum voltage Vmin to the voltage Va in the continuous pixel circuits 21 is θa On the other hand, when the charge pump 31 is driven, the maximum driving voltage becomes Vb (Vb>Va), and reflected light sb1 reflected at a larger reflection angle θb is obtained.

この際、Vminが印加されているが画素上の液晶では例えば大きな屈折率nmaxが得られ、最大の電圧Vaが印加される画素上の液晶では例えば小さな屈折率naに変化する。屈折率nmaxの液晶に入射する光に対して、屈折率naの液晶に入射する光の方が速く進むため、反射光は角度θaに曲がって出射される。一方で、電圧Vbが印加される画素上の液晶はnaより小さい屈折率nbとなるので、入射する光はさらに速く進む。そのため、反射光はより大きな角度のθbで出射されることになる。
なお、ここでは電圧値による液晶の屈折率の変化として説明しているが、液晶に高周波のパルス信号を加えた場合でも、そのパルス数・幅やパターンによって屈折率を変化させることができる。パルスパターンの場合は、例えばパルス本数が多いほど屈折率の変化量を大きくすることができる。
At this time, although Vmin is applied, the liquid crystal on the pixel has a large refractive index nmax, and the liquid crystal on the pixel to which the maximum voltage Va is applied changes to a small refractive index na. Since the light incident on the liquid crystal with the refractive index na travels faster than the light incident on the liquid crystal with the refractive index nmax, the reflected light is emitted at an angle θa. On the other hand, since the liquid crystal on the pixel to which the voltage Vb is applied has a refractive index nb smaller than na, the incident light travels even faster. Therefore, the reflected light is emitted at a larger angle θb.
Although the change in the refractive index of the liquid crystal due to the voltage value is explained here, even when a high-frequency pulse signal is applied to the liquid crystal, the refractive index can be changed by the pulse number/width and pattern. In the case of a pulse pattern, for example, the greater the number of pulses, the greater the amount of change in the refractive index.

図3に戻って、制御回路22に設けられる水平走査回路23は、シフトレジスタ回路26と、スイッチSW1~SWmを含むスイッチ回路27を備えている。 Returning to FIG. 3, the horizontal scanning circuit 23 provided in the control circuit 22 includes a shift register circuit 26 and a switch circuit 27 including switches SW1 to SWm.

シフトレジスタ回路26は、水平同期信号(HST)、及び水平走査用のクロック信号(HCK1、HCK2)を入力する。シフトレジスタ回路26は、水平同期信号及び水平走査用のクロック信号に基づいて、クロック信号を順次シフトすることで、スイッチ回路27に出力するスイッチング信号(これを、「SD1~SDm」とする)を1水平走査期間の周期で生成する。 The shift register circuit 26 inputs a horizontal synchronization signal (HST) and horizontal scanning clock signals (HCK1, HCK2). The shift register circuit 26 sequentially shifts the clock signal based on the horizontal synchronizing signal and the clock signal for horizontal scanning, thereby outputting switching signals (which are referred to as "SD1 to SDm") to the switch circuit 27. It is generated in a cycle of one horizontal scanning period.

スイッチ回路27は、各列データ線(D1~Dm)のオン、オフを切り替えるためのm個のスイッチSW1~SWmを備えている。また、各スイッチSW1~SWmは、シフトレジスタ回路26より出力されるスイッチング信号(SD1~SDm)に基づいてオン状態またはオフ状態に制御される。スイッチSW1~SWmは、列データ線(D1~Dm)に対応して設けられ、各列データ線に対応したデジタル信号「d」を順次入力する。 The switch circuit 27 includes m switches SW1 to SWm for switching ON/OFF of each column data line (D1 to Dm). The switches SW1 to SWm are controlled to be on or off based on switching signals (SD1 to SDm) output from the shift register circuit . The switches SW1 to SWm are provided corresponding to the column data lines (D1 to Dm), and sequentially input the digital signal "d" corresponding to each column data line.

スイッチSW1~SWmは、各列データ線(D1~Dm)に対応したデジタル信号を選択的に列データ線に与える。例えばスイッチSW1は、スイッチング信号SD1がハイレベルのときにオン状態となり、列データ線D1に対応したデジタル信号を選択し、選択したデジタル信号を列データ線D1に出力する。デジタル信号は、デジタル信号線X1より供給される。 The switches SW1 to SWm selectively apply digital signals corresponding to the respective column data lines (D1 to Dm) to the column data lines. For example, the switch SW1 is turned on when the switching signal SD1 is at high level, selects a digital signal corresponding to the column data line D1, and outputs the selected digital signal to the column data line D1. A digital signal is supplied from the digital signal line X1.

[デジタル信号のパルス数とSRAM32の出力電圧の説明]
図7は、デジタル信号のデータビット数とパルス数との関係を示すグラフである。図7において、横軸は列データ線D1より供給されるデジタル信号のデータビット数(最大値m)を示し、縦軸はパルス数を示す。なお、パルス数の代わりにパルス幅とすることも可能であるが、以下ではパルス数として説明することにする。
[Description of the number of pulses of the digital signal and the output voltage of the SRAM 32]
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the number of data bits of a digital signal and the number of pulses. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the number of data bits (maximum value m) of the digital signal supplied from the column data line D1, and the vertical axis indicates the number of pulses. Although it is also possible to use the pulse width instead of the number of pulses, the number of pulses will be explained below.

図7に示すように、データビット数が0~(m/2)の範囲では、グラフR1に示すように、パルス数は0から最大値Wmaxの範囲で変化する。また、データビット数が(m/2)~mの範囲では、グラフR2に示すように、パルス数は(Wmax/2)~Wmaxの範囲で変化する。そして、データビット数が0~(m/2)の範囲でチャージポンプ31をオフとし、(m/2)~mの範囲でチャージポンプ31をオンとする。即ち、図3に示したチャージポンプ制御部25は、デジタル信号のデータビット数が0~(m/2)の範囲においてチャージポンプ31をオフとし、(m/2)~mの範囲においてチャージポンプ31をオンとするように制御する。 As shown in FIG. 7, when the number of data bits ranges from 0 to (m/2), the number of pulses varies from 0 to the maximum value Wmax, as shown in graph R1. Further, when the number of data bits is in the range of (m/2) to m, the number of pulses varies in the range of (Wmax/2) to Wmax as shown in graph R2. Then, the charge pump 31 is turned off when the number of data bits is in the range of 0 to (m/2), and turned on in the range of (m/2) to m. That is, the charge pump control unit 25 shown in FIG. 3 turns off the charge pump 31 when the number of data bits of the digital signal is in the range of 0 to (m/2), and turns off the charge pump in the range of (m/2) to m. 31 is turned on.

図7において、デジタル信号のパルスが立っていない場合には、列データ線より供給される電圧は「0」である。このとき、SRAM32の出力電圧は「VLC」である。パルスが立っている場合で、データビット数が0~(m/2)の範囲である場合には、SRAM32よりデジタル信号の最大振幅となる電圧VCLで各ビットに対応したパルスパターンが出力される。この際、チャージポンプ31はオフとされる。従って、SRAM32より出力される電圧VLCは、チャージポンプ31で増幅されずに駆動電圧として液晶42に供給される。 In FIG. 7, when the pulse of the digital signal does not rise, the voltage supplied from the column data line is "0". At this time, the output voltage of the SRAM 32 is "VLC". When the pulse is standing and the number of data bits is in the range of 0 to (m/2), the SRAM 32 outputs a pulse pattern corresponding to each bit with a voltage VCL that is the maximum amplitude of the digital signal. . At this time, the charge pump 31 is turned off. Therefore, the voltage VLC output from the SRAM 32 is supplied to the liquid crystal 42 as a driving voltage without being amplified by the charge pump 31 .

また、パルスが立っている場合で、データビット数が(m/2)~mの範囲である場合には、SRAM32よりデジタル信号の最大振幅となる電圧VCLで各ビットに対応したパルスパターンが出力される。この際、チャージポンプ31はオンとされる。従って、SRAM32より出力される電圧VLCは、チャージポンプ31で2倍の電圧(2*VLC)に増幅され、この電圧(2*VLC)のパルスパターンが駆動電圧として液晶42に供給される。 When the pulse is on and the number of data bits is in the range of (m/2) to m, the SRAM 32 outputs a pulse pattern corresponding to each bit at the voltage VCL that provides the maximum amplitude of the digital signal. be done. At this time, the charge pump 31 is turned on. Therefore, the voltage VLC output from the SRAM 32 is amplified to double the voltage (2*VLC) by the charge pump 31, and the pulse pattern of this voltage (2*VLC) is supplied to the liquid crystal 42 as the drive voltage.

このため、パルスが立っていない場合には、SRAM32より出力する電圧を「VLC」とし、液晶42に供給する駆動電圧を「VLC」にすることができる。また、SRAM32より電圧VLCを出力し、且つチャージポンプ31を停止することにより、液晶42に供給する駆動電圧を「VLC」にすることができる。更に、SRAM32より電圧VLCのパルスパターンを出力し、且つチャージポンプ31を駆動することにより、この電圧VCLを2倍に増幅できるので、液晶42に供給する駆動電圧の振幅を「2*VLC」にすることができる。 Therefore, when the pulse does not rise, the voltage output from the SRAM 32 can be set to "VLC", and the drive voltage supplied to the liquid crystal 42 can be set to "VLC". By outputting the voltage VLC from the SRAM 32 and stopping the charge pump 31, the drive voltage supplied to the liquid crystal 42 can be set to "VLC". Further, by outputting a pulse pattern of the voltage VLC from the SRAM 32 and driving the charge pump 31, the voltage VCL can be doubled, so that the amplitude of the driving voltage supplied to the liquid crystal 42 is set to "2*VLC". can do.

なお、図7に示すグラフR1、R2はリニアに示しているが、液晶42における電圧に対する位相変化の関係がリニアとは限らないので、パルス数もリニアになるとは限らない。また、SRAM32より出力される電圧は極性が反転するので、画素電極q1には極性が反転した電圧が供給される。これに対応して、共通電極q2に供給する電圧を反転させることにより、液晶42に所望の電圧を印加することが可能になる。 Although the graphs R1 and R2 shown in FIG. 7 are linear, the relationship of the phase change to the voltage in the liquid crystal 42 is not necessarily linear, so the number of pulses is not necessarily linear. Also, since the voltage output from the SRAM 32 is inverted in polarity, the pixel electrode q1 is supplied with a voltage with the inverted polarity. A desired voltage can be applied to the liquid crystal 42 by inverting the voltage supplied to the common electrode q2 corresponding to this.

このように、チャージポンプ31の動作により、液晶42に供給するパルスパターンの駆動電圧の振幅を「0」、「VLC」、「2*VLC」の3通りに設定することが可能となる。そして、各振幅のパルスパターン(パルス幅、或いはパルス数)により、液晶42を複数の階調に設定することが可能になる。 In this manner, the operation of the charge pump 31 makes it possible to set the amplitude of the drive voltage of the pulse pattern supplied to the liquid crystal 42 in three ways: "0", "VLC", and "2*VLC". Then, it becomes possible to set the liquid crystal 42 to a plurality of gradations according to the pulse pattern (pulse width or number of pulses) of each amplitude.

従って、スイッチ回路27に設けられる各スイッチSW1~SWmのオン、オフを制御し、且つ、チャージポンプ31の駆動を制御することにより、画素回路21は、複数の階調の駆動信号を生成して液晶42に供給することができる。 Therefore, by controlling the ON/OFF of each of the switches SW1 to SWm provided in the switch circuit 27 and controlling the driving of the charge pump 31, the pixel circuit 21 generates driving signals of a plurality of gradations. It can be supplied to the liquid crystal 42 .

図3に戻って、垂直走査回路24には、行走査線(G1~Gn)が接続されている。垂直走査回路24は、垂直同期信号(VST)、垂直走査用のクロック信号(VCK1、VCK2)を入力する。垂直走査回路24は、垂直同期信号、垂直走査用のクロック信号に基づいて、例えば行走査線G1から行走査線Gnに順次行選択信号(走査信号)を、1水平走査期間の周期で供給する。 Returning to FIG. 3, the vertical scanning circuit 24 is connected to row scanning lines (G1 to Gn). The vertical scanning circuit 24 inputs a vertical synchronization signal (VST) and vertical scanning clock signals (VCK1, VCK2). The vertical scanning circuit 24 sequentially supplies row selection signals (scanning signals), for example, from the row scanning line G1 to the row scanning line Gn at a cycle of one horizontal scanning period based on the vertical synchronization signal and the clock signal for vertical scanning. .

チャージポンプ制御部25は、図3に示す各駆動線(L1~Ln)に駆動信号を出力する。具体的に、列データ線より供給されるデジタル信号のデータビット数が0~(m/2)の範囲である場合には、駆動線に「H」レベルの信号を出力する。また、上記デジタル信号のデータビット数が(m/2)~mの範囲である場合には、駆動線に「L」レベルの信号を出力する。 The charge pump control unit 25 outputs a drive signal to each drive line (L1 to Ln) shown in FIG. Specifically, when the number of data bits of the digital signal supplied from the column data line is in the range of 0 to (m/2), an "H" level signal is output to the drive line. Also, when the number of data bits of the digital signal is in the range of (m/2) to m, it outputs an "L" level signal to the drive line.

更に、チャージポンプ制御部25は、駆動線に「H」レベルの信号が供給される場合にはチャージポンプ31を駆動させず、駆動線に「L」レベルの信号が供給される場合にはチャージポンプ31を駆動させるように制御する。以下、チャージポンプ31の作動について説明する。 Further, the charge pump control unit 25 does not drive the charge pump 31 when a signal of "H" level is supplied to the drive line, and does not charge the charge pump 31 when a signal of "L" level is supplied to the drive line. It controls to drive the pump 31 . The operation of the charge pump 31 will be described below.

チャージポンプ制御部25は、チャージポンプ31を駆動させる場合において、図4に示した各スイッチS1~S4のオン、オフを制御する制御信号を、制御線K1(K1-1、K1-2)に出力する。具体的に、SRAM32よりパルスパターンが出力された際に、まずスイッチS1、S4をオンとし、スイッチS2、S3をオフとする。 When the charge pump control unit 25 drives the charge pump 31, the control signal for controlling the ON/OFF of each of the switches S1 to S4 shown in FIG. Output. Specifically, when a pulse pattern is output from the SRAM 32, the switches S1 and S4 are first turned on, and the switches S2 and S3 are turned off.

従って、SRAM32より出力された振幅VLCのパルスパターンによる電圧は、キャパシタC1に蓄積される。そして所定時間の経過後に、スイッチS1、S4をオフとし、スイッチS2、S3をオンとする。その結果、SRAM32より出力されるパルスパターンの電圧と、キャパシタC1に蓄積された電圧VLCが加算され、加算後の電圧が出力キャパシタC2に蓄積される。従って、出力キャパシタC2に蓄積された電圧が画素電極q1に出力されることになる。 Therefore, the voltage of the pulse pattern with the amplitude VLC output from the SRAM 32 is stored in the capacitor C1. After a predetermined time has passed, the switches S1 and S4 are turned off, and the switches S2 and S3 are turned on. As a result, the voltage of the pulse pattern output from the SRAM 32 and the voltage VLC accumulated in the capacitor C1 are added, and the voltage after the addition is accumulated in the output capacitor C2. Therefore, the voltage accumulated in the output capacitor C2 is output to the pixel electrode q1.

そして、本実施形態に係る位相変調装置101では、図3に示した(n×m)個設けられた各画素回路21のうちの、いくつかの画素回路からなるブロックを設定する。例えば、図6(a)に示すように(5行×6列)の画素回路21からなるブロックを設定する。なお、図6(a)では、各画素回路21の行(n)、及び列(m)を特定するために、それぞれサフィックス「-nm」を付して示す。従って、図6(a)に示す1行、1列の画素回路は21-11、5行、6列の画素回路は21-56である。 Then, in the phase modulation device 101 according to the present embodiment, blocks made up of some of the (n×m) pixel circuits 21 shown in FIG. 3 are set. For example, as shown in FIG. 6A, a block composed of (5 rows×6 columns) pixel circuits 21 is set. In FIG. 6A, the suffix "-nm" is added to specify the row (n) and column (m) of each pixel circuit 21, respectively. Accordingly, the pixel circuit of row 1 and column 1 shown in FIG. 6A is 21-11, and the pixel circuit of row 5 and column 6 is 21-56.

図6(a)において、同一の行の6個の画素回路21-11~21-16を、それぞれ同一の屈折率に設定する。例えば、1行目の画素回路21-11~21-16を第1の屈折率に設定し、2行目の画素回路21-21~21-26を第2の屈折率に設定する。3行目の画素回路21-31~21-36を第3の屈折率に設定し、4行目の画素回路21-41~21-46を第4の屈折率に設定し、5行目の画素回路21-51~21-56を第5の屈折率に設定する。 In FIG. 6A, six pixel circuits 21-11 to 21-16 in the same row are set to have the same refractive index. For example, the pixel circuits 21-11 to 21-16 in the first row are set to have the first refractive index, and the pixel circuits 21-21 to 21-26 in the second row are set to have the second refractive index. The third row pixel circuits 21-31 to 21-36 are set to have a third refractive index, the fourth row pixel circuits 21-41 to 21-46 are set to have a fourth refractive index, and the fifth row pixel circuits 21-31 to 21-46 are set to have a fourth refractive index. The pixel circuits 21-51 to 21-56 are set to have a fifth refractive index.

具体的に、図6(b)に示すように、垂直方向に並ぶ各画素回路21-11~21-51において、各液晶42の屈折率が5段階に変化するように設定される。従って、水平方向に並ぶ6個の画素回路21を一つにグループとし、5つの階調に屈折率を変化させることができ、ひいては5通りに位相変調された反射光を得ることが可能となる。なお、垂直方向と水平方向を入れ替えてもよい。 Specifically, as shown in FIG. 6B, in each pixel circuit 21-11 to 21-51 arranged in the vertical direction, the refractive index of each liquid crystal 42 is set to change in five steps. Therefore, it is possible to group six pixel circuits 21 arranged in the horizontal direction into one group, change the refractive index in five gradations, and obtain reflected light phase-modulated in five ways. . Note that the vertical direction and the horizontal direction may be interchanged.

[本実施形態の動作説明]
次に、上述のように構成された本実施形態に係る位相変調装置101の動作を、図7に示すグラフ、及び図8に示すタイミングチャートを参照して説明する。また、以下では図6(a)に示したように、5行、6列のマトリクス状に配置された各画素回路21、及び各画素回路21に対応する反射画素を有する場合の例について説明する。
[Explanation of operation of the present embodiment]
Next, the operation of the phase modulation device 101 according to this embodiment configured as described above will be described with reference to the graph shown in FIG. 7 and the timing chart shown in FIG. In the following, as shown in FIG. 6A, an example in which pixel circuits 21 are arranged in a matrix of 5 rows and 6 columns and reflective pixels corresponding to the pixel circuits 21 are provided will be described. .

図3に示した水平走査回路23は、スイッチ回路27に設けられる各スイッチSW1~SWm(ここでは、m=6)のオン、オフを制御することにより、デジタル信号線X1より供給されるデジタル信号を、所望の列データ線に供給する。 The horizontal scanning circuit 23 shown in FIG. 3 controls the ON/OFF of each switch SW1 to SWm (here, m=6) provided in the switch circuit 27, thereby controlling the digital signal supplied from the digital signal line X1. to the desired column data lines.

更に、垂直走査回路24を駆動させることにより、各行走査線(G1~Gn)(ここでは、n=5)のうち所望の画素回路21に対応する走査ラインを選択する。その結果、所望の画素回路21のSRAM32にデジタル信号を供給することができる。 Further, by driving the vertical scanning circuit 24, the scanning line corresponding to the desired pixel circuit 21 is selected from the row scanning lines (G1 to Gn) (here, n=5). As a result, a digital signal can be supplied to the SRAM 32 of the desired pixel circuit 21 .

具体的に、デジタル信号のパルスが立っていない場合には、SRAM32は電圧「VLC」を出力する。また、図7のグラフR1に示したように、データビット数が0~(m/2)の範囲でありパルスが立っている場合には、SRAM32は振幅「VLC」のパルスパターンを出力する。この際、図8の時刻t0~t1に示すように、トランジスタQ2をオンとし、且つ、各スイッチS1~S4を全てオフにする。従って、チャージポンプ31は駆動しない。振幅「VLC」のパルスパターンは、トランジスタQ2を経由して画素電極q1及び液晶42に供給される。 Specifically, when the pulse of the digital signal does not rise, the SRAM 32 outputs the voltage "VLC". As shown in graph R1 in FIG. 7, when the number of data bits is in the range of 0 to (m/2) and the pulse is on, the SRAM 32 outputs a pulse pattern with amplitude "VLC". At this time, the transistor Q2 is turned on and the switches S1 to S4 are all turned off, as shown at times t0 to t1 in FIG. Therefore, the charge pump 31 is not driven. A pulse pattern with an amplitude "VLC" is supplied to the pixel electrode q1 and the liquid crystal 42 via the transistor Q2.

一方、図7のグラフR2に示したように、データビット数が(m/2)~mの範囲でありパルスが立っている場合には、SRAM32は振幅「VLC」のパルスパターンを出力する。この際、図8の時刻t1~t4に示すように、トランジスタQ2はオフとされる。更に、時刻t1~t2においてスイッチS1、S4がオン、S2、S3がオフとされ、時刻t3~t4において、スイッチS2、S3がオン、S1、S4がオフとされるので、SRAM32より出力されたパルスパターンは2倍に増幅されて、画素電極q1及び液晶42に供給される On the other hand, as shown in the graph R2 in FIG. 7, when the number of data bits is in the range of (m/2) to m and the pulse stands, the SRAM 32 outputs a pulse pattern with an amplitude of "VLC". At this time, the transistor Q2 is turned off as shown at times t1 to t4 in FIG. Further, the switches S1 and S4 are turned on and the switches S2 and S3 are turned off from time t1 to t2, and the switches S2 and S3 are turned on and the switches S1 and S4 are turned off from time t3 to t4. The pulse pattern is amplified twice and supplied to the pixel electrode q1 and the liquid crystal 42.

[本実施形態の効果の説明]
このようにして、本実施形態に係る位相変調装置101では、列データ線(D1~Dm)より出力されるデジタル信号を、各画素回路21に設けられたSRAM32に入力する。そして、チャージポンプ31の駆動、停止を制御することにより、液晶42を「0」~「2*VLC」の範囲内で複数の階調に切り替えることができる。
[Description of effects of the present embodiment]
Thus, in the phase modulation device 101 according to the present embodiment, digital signals output from the column data lines (D1 to Dm) are input to the SRAM 32 provided in each pixel circuit 21. FIG. By controlling the driving and stopping of the charge pump 31, the liquid crystal 42 can be switched to a plurality of gradations within the range of "0" to "2*VLC".

従って、SRAM32より出力されるデジタル信号の最大値が電圧VLCである場合に、その2倍である電圧(2*VLC)の範囲で、液晶42を駆動するための駆動電圧を設定することが可能となる。従って、液晶42の屈折率をより広い範囲で変化させることができ、位相変調の精度を向上させることができる。 Therefore, when the maximum value of the digital signal output from the SRAM 32 is the voltage VLC, it is possible to set the drive voltage for driving the liquid crystal 42 within the range of the voltage (2*VLC) which is twice the voltage VLC. becomes. Therefore, the refractive index of the liquid crystal 42 can be changed in a wider range, and the precision of phase modulation can be improved.

更に、画素回路21に供給する電圧の最大電圧VLCを高めることなく広い電圧の範囲で階調を設定できるので、制御回路22を構成する各部品の耐圧を高める必要がなく、装置の小型化、軽量化を図ることが可能となる。 Furthermore, since the gradation can be set in a wide voltage range without increasing the maximum voltage VLC of the voltage supplied to the pixel circuit 21, there is no need to increase the breakdown voltage of each component constituting the control circuit 22, and the size of the device can be reduced. It becomes possible to achieve weight reduction.

また、液晶42の階調を設定するための電圧の範囲を、所定の最大電圧(VLC)の2倍の電圧に設定しているので、SRAM32より出力される電圧を2倍に増幅するという簡単な処理で所望の駆動電圧を得ることができ、回路構成を簡素化することができる。
また、本実施形態では、互いに直交する方向、即ち、図3に示す列方向及び行方向のうちの、一方の方向に向けて液晶42の屈折率が変化するように設定し、他方の方向に、チャージポンプのオン、オフを切り替える駆動線(L1~Ln)を配置している。従って、屈折率の変化による液晶の配向の乱れを防止することが可能となる。
In addition, since the voltage range for setting the gradation of the liquid crystal 42 is set to twice the predetermined maximum voltage (VLC), the voltage output from the SRAM 32 can be simply amplified by a factor of two. A desired driving voltage can be obtained by simple processing, and the circuit configuration can be simplified.
Further, in this embodiment, the refractive index of the liquid crystal 42 is set to change in one of the directions orthogonal to each other, ie, the column direction and the row direction shown in FIG. 3, and changes in the other direction. , drive lines (L1 to Ln) for switching the charge pump on and off. Therefore, it is possible to prevent the alignment of the liquid crystal from being disturbed due to the change in the refractive index.

更に、デジタル信号保持部としてSRAM32を用いているので、デジタル信号を簡単な構成で保持してチャージポンプ31に出力することが可能となる。更に、本実施形態では、デジタル信号を用いているので、階調を切り替える操作をより高速に行うことが可能になる。 Furthermore, since the SRAM 32 is used as the digital signal holding unit, it is possible to hold the digital signal with a simple configuration and output it to the charge pump 31 . Furthermore, since digital signals are used in this embodiment, it is possible to perform the operation of switching the gradation at a higher speed.

なお、本実施形態では、液晶42を駆動する駆動電圧の最大値として、最大電圧VLCの2倍となる電圧(2*VLC)を設定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、駆動電圧の最大値が所定の最大電圧(VLC)よりも大きければ良い。 In this embodiment, the maximum value of the driving voltage for driving the liquid crystal 42 is set to a voltage (2*VLC) that is twice the maximum voltage VLC, but the present invention is not limited to this. It is sufficient if the maximum value of the drive voltage is greater than a predetermined maximum voltage (VLC).

[本実施形態の変形例の説明]
次に、本実施形態の変形例について説明する。図9は、変形例に係る画素回路21’の構成を示す回路図である。図9に示すように、変形例に係る画素回路21’は、駆動線L1が縦方向に配置されている。従って、マトリクス状に配置された各画素回路21’の縦方向に向けてチャージポンプ回路のオン、もしくはオフが設定できる。このため、屈折率が変化する方向が横方向となる。
[Description of modification of the present embodiment]
Next, a modified example of this embodiment will be described. FIG. 9 is a circuit diagram showing the configuration of a pixel circuit 21' according to a modification. As shown in FIG. 9, in the pixel circuit 21' according to the modification, the drive lines L1 are arranged in the vertical direction. Therefore, the charge pump circuit can be turned on or off in the vertical direction of each pixel circuit 21' arranged in a matrix. Therefore, the direction in which the refractive index changes is the lateral direction.

即ち、図6(a)、(b)に示した例では、縦方向に向けて液晶42の屈折率の大小が変化する構成であるのに対して、図9に示す変形例では、横方向に向けて液晶42の屈折率の大小が変化するように設定する構成となる。この場合には、1垂直走査期間において、パルス数、或いはパルス幅が変化するように、画素回路21’に供給するデジタル信号を設定する。 That is, in the examples shown in FIGS. 6A and 6B, the refractive index of the liquid crystal 42 changes in the vertical direction, whereas in the modified example shown in FIG. , the refractive index of the liquid crystal 42 is set to change. In this case, the digital signal supplied to the pixel circuit 21' is set so that the number of pulses or the pulse width changes in one vertical scanning period.

以上、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。 Although embodiments of the present invention have been described above, the statements and drawings forming part of this disclosure should not be construed as limiting the present invention. Various alternative embodiments, implementations and operational techniques will become apparent to those skilled in the art from this disclosure.

11 反射基板
12 液晶層
13 対向基板
14 シール材
21、21a、21’ 画素回路
22 制御回路
23 水平走査回路
24 垂直走査回路
25 チャージポンプ制御部
26 シフトレジスタ回路
27 スイッチ回路
31 チャージポンプ
32 SRAM(デジタル信号保持部)
42 液晶
101 位相変調装置
C1 キャパシタ
C2 出力キャパシタ
D1~Dm 列データ線
G1~Gn 行走査線
K1~Kn 制御線
L1~Ln 駆動線
Q1、Q2 トランジスタ
11 reflective substrate 12 liquid crystal layer 13 counter substrate 14 sealing material 21, 21a, 21' pixel circuit 22 control circuit 23 horizontal scanning circuit 24 vertical scanning circuit 25 charge pump control unit 26 shift register circuit 27 switch circuit 31 charge pump 32 SRAM (digital signal holding part)
42 liquid crystal 101 phase modulation device C1 capacitor C2 output capacitor D1 to Dm column data line G1 to Gn row scanning line K1 to Kn control line L1 to Ln drive line Q1, Q2 transistor

Claims (7)

入射光を所望の角度に反射させる位相変調装置であって、
互いに直交する複数の列データ線と複数の行走査線とがそれぞれ交差する位置に設けられた複数の画素回路、及び複数の反射画素と、
前記反射画素に対応して設けられ、前記画素回路より供給される駆動電圧により入射光に対する屈折率が変化する液晶と、
前記画素回路の駆動を制御する制御回路と、を備え、
前記画素回路は、
所定のパルス幅またはパルス数を有するデジタル信号が供給された際に、このデジタル信号を保持するデジタル信号保持部と、
前記デジタル信号保持部より出力される前記デジタル信号を増幅するチャージポンプと、を有し、
更に前記制御回路は、
前記液晶に供給する前記駆動電圧が、前記デジタル信号の最大振幅以下の場合には、前記デジタル信号を増幅せずに前記液晶に出力し、前記液晶に供給する駆動電圧が、前記最大振幅を超える場合には、前記デジタル信号を前記チャージポンプで増幅して前記液晶に出力する制御を行うチャージポンプ制御部と、
を備えたことを特徴とする位相変調装置。
A phase modulation device that reflects incident light at a desired angle,
a plurality of pixel circuits provided at positions where a plurality of column data lines and a plurality of row scanning lines that are orthogonal to each other intersect, and a plurality of reflective pixels;
a liquid crystal provided corresponding to the reflective pixel and having a refractive index with respect to incident light that changes according to a drive voltage supplied from the pixel circuit;
a control circuit that controls driving of the pixel circuit;
The pixel circuit is
a digital signal holding unit that holds a digital signal having a predetermined pulse width or number of pulses when the digital signal is supplied;
a charge pump that amplifies the digital signal output from the digital signal holding unit;
Furthermore, the control circuit
When the driving voltage supplied to the liquid crystal is equal to or less than the maximum amplitude of the digital signal, the digital signal is output to the liquid crystal without being amplified, and the driving voltage supplied to the liquid crystal exceeds the maximum amplitude. a charge pump control unit for controlling the digital signal to be amplified by the charge pump and output to the liquid crystal;
A phase modulation device comprising:
前記互いに直交する方向のうちの、一方の方向に向けて前記液晶の屈折率が変化するように設定し、他方の方向に、前記チャージポンプのオン、オフを切り替えるための駆動線を配置したこと
を特徴とする請求項1に記載の位相変調装置。
setting the refractive index of the liquid crystal to change in one of the directions orthogonal to each other, and arranging a driving line for switching on and off of the charge pump in the other direction; The phase modulation device according to claim 1, characterized by:
前記画素回路は、前記チャージポンプに前記デジタル信号保持部より出力される電圧が供給される入力端子と、前記チャージポンプから液晶に電圧を出力する出力端子と、を短絡する短絡スイッチを備え、
前記チャージポンプ制御部は、前記液晶に出力する駆動電圧が前記最大振幅以下の場合には前記短絡スイッチを短絡し、前記液晶に出力する駆動電圧が前記最大振幅を超える場合には前記短絡スイッチを開放すること
を特徴とする請求項1または2に記載の位相変調装置。
The pixel circuit includes a short-circuit switch that short-circuits an input terminal for supplying the voltage output from the digital signal holding unit to the charge pump and an output terminal for outputting the voltage from the charge pump to the liquid crystal,
The charge pump controller short-circuits the short-circuit switch when the drive voltage output to the liquid crystal is equal to or less than the maximum amplitude, and closes the short-circuit switch when the drive voltage output to the liquid crystal exceeds the maximum amplitude. 3. The phase modulation device according to claim 1, wherein the phase modulation device is open.
前記画素回路は、前記液晶に供給する電圧を蓄積する出力キャパシタを備えており、
前記チャージポンプは、
電荷を蓄積する第1キャパシタと、
前記第1キャパシタの一端と、前記デジタル信号が供給される入力端子との間に設けられた第1スイッチと、
前記第1キャパシタの他端と、前記入力端子との間に設けられた第2スイッチと、
前記第1キャパシタの前記一端と、出力キャパシタの一端との間に設けられた第3スイッチと、
前記第1キャパシタの前記他端と、前記出力キャパシタの他端との間に設けられた第4スイッチと、
を備えたことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の位相変調装置。
The pixel circuit includes an output capacitor that stores a voltage supplied to the liquid crystal,
The charge pump is
a first capacitor that stores electric charge;
a first switch provided between one end of the first capacitor and an input terminal to which the digital signal is supplied;
a second switch provided between the other end of the first capacitor and the input terminal;
a third switch provided between the one end of the first capacitor and one end of the output capacitor;
a fourth switch provided between the other end of the first capacitor and the other end of the output capacitor;
The phase modulation device according to any one of claims 1 to 3, characterized by comprising:
前記液晶に供給する駆動電圧の最大電圧を、前記最大振幅の2倍に設定すること
を特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の位相変調装置。
5. The phase modulation device according to claim 1, wherein a maximum driving voltage supplied to said liquid crystal is set to twice said maximum amplitude.
前記デジタル信号保持部は、SRAMを備えていることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の位相変調装置。 6. The phase modulation device according to claim 1, wherein said digital signal holding unit comprises an SRAM. 入射光を所望の角度に反射させる位相変調方法であって、
互いに直交する複数の列データ線と複数の行走査線とがそれぞれ交差する位置に設けられた複数の画素回路に、所定のパルス幅またはパルス数のデジタル信号を出力するステップと、
前記デジタル信号を保持するステップと、
前記各画素回路において、入力する駆動電圧に応じて入射光に対する屈折率が変化する液晶に供給する駆動電圧が、前記デジタル信号の最大振幅以下の場合には、前記デジタル信号を増幅せずに前記液晶に出力するステップと、
前記液晶に供給する駆動電圧が、前記最大振幅を超える場合には、チャージポンプにて前記デジタル信号を増幅して前記液晶に出力するステップと、
を備えたことを特徴とする位相変調方法。
A phase modulation method for reflecting incident light at a desired angle,
outputting a digital signal with a predetermined pulse width or number of pulses to a plurality of pixel circuits provided at positions where a plurality of column data lines and a plurality of row scanning lines which are orthogonal to each other intersect;
holding the digital signal;
In each of the pixel circuits , when the drive voltage supplied to the liquid crystal whose refractive index for incident light changes according to the input drive voltage is equal to or less than the maximum amplitude of the digital signal, the digital signal is not amplified. a step of outputting to a liquid crystal;
a step of amplifying the digital signal with a charge pump and outputting it to the liquid crystal when the driving voltage supplied to the liquid crystal exceeds the maximum amplitude;
A phase modulation method, comprising:
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