CN101188089B - 一种利用发光二极管阵列扫描图形的装置及其扫描方法 - Google Patents

Abstract

一种利用发光二极管阵列扫描图形的装置及其方法，包括发光二极管LED阵列、图形数据存储单元以及与所述LED阵列和图形数据存储单元相连的一扫描控制及处理单元，所述扫描控制及处理单元用于控制由所述LED阵列上至少两个LED组成的光收发组对图形进行扫描，在光收发组一次扫描过程中，先对组中的一个或多个LED即接收LED充电，然后控制余下的一个LED即发射LED发光并停止对接收LED充电，检测接收LED的放电时间，扫描过程检测到的所述放电时间转换为图形块灰度值后，保存到所述图形数据存储单元。本发明可以实现图形扫描和存储，且电路结构简单，成本低。

Description

一种利用发光二极管阵列扫描图形的装置及其扫描方法

技术领域

本发明涉及一种包含发光二极管(LED)的装置，及对图形进行扫描的方法。

背景技术

在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，简称LED。

近年来，发光二极管(LED)的应用市场得到了迅猛的发展，其应用领域不断扩展。其中的一种应用是LED图形显示部分，如数码摇摇棒或叫LED摇摇棒，是由一组发光二极管在棒体上排列而成，用于显示各种图案的显示器件。其图形显示原理是：手在摆动到不同位置的时候，让位于一条直线上的LED显示二维图像的不同的列，利用人眼的视觉暂留效应，即可实现完整图形的显示。这种技术多用于明星演唱会、歌友会、酒吧、大型的娱乐场以及各种大型的选举、游行等活动中；然而该显示技术只能显示数据已存储到显示装置中的图形，即只能实现固定的若干图形的显示，而不能根据使用者的需要灵活地进行不同图形的显示。其它的LED图形显示部分如运动鞋上的Logo等也存在相同的问题。

中国专利申请第200410100343.1号公开了一种发光装置和发光受光兼用的驱动电路。其中公开了一发光装置，具有多个LED，用于保存图像数据的存储部件和控制器(MCU)，通过发光二极管接收该发光并经黑白图像反射后的光而获得受光电平信号，生成各个发光二极管用的图像数据，并存储在所述的存储器中；显示时，则将该图像数据读出并控制LED进行点亮。这种发光装置可以实现图像扫描、存储和显示功能，可以根据需要扫描并显示更多的个性化的图形。然而该现有技术的图形扫描单元包括LED的驱动电路，控制晶体管以及电容器，且显示单元还包括AD转换器，因此存在电路结构复杂，且成本较高的缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种利用发光二极管阵列扫描图形的装置，可以实现图形扫描和存储，且电路结构简单，成本低。

现代LED除了起到指示器和照明这些传统功用以外，还能充当光伏探测器。如简单地把红色LED连到万用表，用类似的红色LED等明亮光源照射它，就会产生大于1.4V的读数。某个反向偏置LED的模型等效一个充电电容器，该电容器与一个依赖光的电流源并联。如果增强入射光，就会增强电流源，并能使等效电容器快速放电至电源电压。

因此本发明可利用所述LED的感光特性，在将LED装置对准要显示的图形后，先对一个或多个LED充电，再控制相邻的LED发光并停止充电，充电LED接收反射光后会进行放电，且放电时间与反射光强有关，而反射光强又与产生该反射光的图形的灰度有关，因此检测该放电时间即可确定对应图形块的灰度，如此即可简单地完成对图形的实时扫描和存储，然后再通过LED进行动态显示，这样，图形扫描只需要利用装置原有的LED阵列，加以适当控制即可实现扫描和显示功能。以下将扫描时发光的LED称为发射LED，接收反射光的LED称为接收LED。对某一LED来说，即可作为发射LED，也可作为接收LED。

基于以上构思，本发明提供了一种利用发光二极管阵列扫描图形的装置，包括发光二极管LED阵列和图形数据存储单元，所述LED阵列至少包括排为一列的多个LED，其特征在于，还包括与所述LED阵列和图形数据存储单元相连的一扫描控制及处理单元，所述扫描控制及处理单元用于控制由所述LED阵列上至少两个LED组成的光收发组对图形进行扫描，在光收发组一次扫描过程中，先对组中的一个或多个LED即接收LED充电，然后控制余下的一个LED即发射LED发光并停止对接收LED充电，检测接收LED的放电时间，扫描过程检测到的所述放电时间转换为图形块灰度值后，保存到所述图形数据存储单元；所述扫描控制及处理单元包括一数据转换单元，所述数据转换单元，保存有所述LED阵列所使用的LED的放电时间与图形灰度值之间的对应关系信息，用于将所述放电时间转换为图形块灰度值，并将各图形块灰度值输出到图形数据存储单元。

进一步地，上述装置还可具有以下特点：

所述扫描控制及处理单元进一步还包括：扫描控制单元、放电时间检测单元，其中：

所述扫描控制单元，与所述LED阵列相连，用于将一列或多列上的LED分为一个或多个扫描组，并将每一扫描组中的LED编为一个或多个光收发组，控制一扫描组中的光收发组依次循环扫描，或在有多个扫描组时同时控制各扫描组中的光收发组依次循环扫描；

所述放电时间检测单元，与所述LED阵列相连，用于检测光收发组每次扫描时接收LED的放电时间，输出到数据转换单元。

进一步地，上述装置还可具有以下特点：

所述扫描控制单元在光收发组的一次扫描过程中，先对组中的接收LED加反向偏压使其充电，然后对该组的发射LED加正向偏压使其发光并取消在接收LED负极施加的电压。

进一步地，上述装置还可具有以下特点：

所述扫描控制单元将各扫描组中的LED编为多个光收发组时，在对前一扫描的光收发组中的发射LED加正向偏压使其发光的同时，即可对下一要扫描的光收发组中的接收LED加反向偏压使其充电，但对同一扫描组的两个光收发组中的发射LED加正向偏压的时间要错开。

进一步地，上述装置还可具有以下特点：

所述扫描控制单元是将扫描组中相邻的LED两两编为一个光收发组且不同光收发组包含的LED不同，一个光收发组的扫描过程包括二次扫描，第一次扫描和第两次扫描时将光收发组中的接收LED和发射LED互换；或者

所述扫描控制单元是将扫描组中相邻的两个LED编为一个光收发组，相邻两个光收发组包含一个相同的LED，一个光收发组的扫描过程只包括一次扫描且相邻光收发组的发射LED不同；或者

所述扫描控制单元是将扫描组中连续的3个LED编为一个光收发组，扫描时以中间的那个LED为该光收发组的发射LED，其它两个为接收LED，且相邻两个光收发组包含二个相同的LED，所述放电时间检测单元检测两个接收LED的放电时间并取均值，所述数据转换单元根据所述放电时间的均值来进行转换；或者

所述LED阵列包括多列LED，所述扫描控制单元将阵列同一行上的属于不同列的至少2个LED编为一个光收发组，不同光收发组包含的LED不同，一个光收发组的扫描过程包括一次扫描，且组中的发射LED与所有接收LED相邻。

进一步地，上述装置还可具有以下特点：

所述数据转换单元对同一扫描组，按检测得到放电时间的顺序来相应保存转换后的灰度值，使得第M个灰度值即为第M个发光的发射LED下方图形块的灰度值，M为扫描组包含的LED个数；有多个扫描组时，不同扫描组扫描得到的灰度值也按扫描组在LED阵列上的排列顺序按序存放。

进一步地，上述装置还可具有以下特点：

所述数据转换单元先暂存一次循环扫描过程中各接收LED的放电时间信息，在完成一次循环扫描后，再将本次循环扫描得到的所有放电时间转换为一组灰度数据并保存到所述图形数据存储单元，且对各次循环得到的各组灰度值依次存放。

进一步地，上述装置还可具有以下特点：

所述数据转换单元保存的所述LED阵列所使用的LED的放电时间与图形灰度值之间的对应关系信息包括一放电时间阈值，放电时间大于该阈值时将其转换为表示黑色的灰度值，放电时间小于该阈值时将其转换为表示白色的灰度值，所述放电时间阈值介于对黑色图形和白色图形测试得到的放电时间之间。

进一步地，上述装置还可具有以下特点：

所述LED阵列所在表面的两侧或周边设置有超出LED发光面0.5～5mm的距离的突缘。

进一步地，上述装置还可具有以下特点：

所述利用发光二极管阵列扫描图形的装置还包括图形显示部分，用于根据装置的移动速度，依次从所述图形数据存储单元读取图形数据并在所述LED阵列上显示。

进一步地，上述装置还可具有以下特点：

所述利用发光二极管阵列扫描图形的装置为LED摇摇棒。

进一步地，上述装置还可具有以下特点：

所述LED阵列包括多列LED，所述扫描控制单元将其中的每一列，均将该列上的LED分为一个或多个扫描组，各扫描组中的LED编为一个或多个光收发组，同时控制各扫描组中的光收发组依次循环扫描，但是在每次循环扫描时，控制各列上同时扫描的光收发组在列向上的位置错开。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种利用发光二极管阵列扫描图形的方法，在原LED阵列基础上即可实现图形扫描和存储，且电路结构简单，成本低。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用发光二极管阵列扫描图形的方法，应用于一利用发光二极管阵列扫描图形的装置，所述装置包括发光二极管LED阵列、图形数据存储单元，以及与所述LED阵列和图形数据存储单元相连的一扫描控制及处理单元，所述扫描控制及处理单元包括一数据转换单元，所述方法以下步骤：

(a)将所述发光二极管LED阵列中的LED编为一个或多个光收发组，每一光收发组至少包括两个LED；

(b)将所述发光二极管LED阵列对准要扫描的图形，启动扫描后将所述装置从扫描图形的一侧移动到另一侧，同时由所述扫描控制及处理单元控制所述光收发组对图形进行扫描，在光收发组的一次扫描过程中，先对组中的一个或多个LED即接收LED充电，然后控制余下的一个LED即发射LED发光并停止对接收LED充电，检测所述接收LED的放电时间，然后由数据转换单元根据其保存的所述LED阵列所使用的LED的放电时间与图形灰度值之间的对应关系信息，将所述放电时间转换为图形块灰度值，并将各图形块灰度值保存至图形数据存储单元。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：

步骤(a)还将一列或多列上的LED分为一个或多个扫描组，将每一扫描组中的LED编为一个或多个光收发组；

步骤(b)扫描时，控制一扫描组中的光收发组依次循环扫描，或在有多个扫描组时同时控制各扫描组中的光收发组依次循环扫描。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：

步骤(b)在光收发组的一次扫描过程中，先对组中的接收LED加反向偏压使其充电，然后对该组的发射LED加正向偏压使其发光并取消在接收LED负极施加的电压。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：

步骤(a)将扫描组中的LED编为多个光收发组，步骤(b)在对前一扫描的光收发组中的发射LED加正向偏压使其发光的同时，即可对下一要扫描的光收发组中的接收LED加反向偏压使其充电，但对同一扫描组的两个光收发组中的发射LED加正向偏压的时间要错开。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：

是将扫描组中相邻的LED两两编为一个光收发组且不同光收发组包含的LED不同，一个光收发组的扫描过程包括二次扫描，第一次扫描和第两次扫描时将光收发组中的接收LED和发射LED互换；或者

是将扫描组中相邻的两个LED编为一个光收发组，相邻两个光收发组包含一个相同的LED，一个光收发组的扫描过程只包括一次扫描且相邻光收发组的发射LED不同；或者

是将扫描组中连续的3个LED编为一个光收发组，扫描时以中间的那个LED为该光收发组的发射LED，其它两个为接收LED，且相邻两个光收发组包含二个相同的LED，所述放电时间检测单元检测两个接收LED的放电时间并取均值，所述数据转换单元根据所述放电时间的均值来进行转换；或者

所述LED阵列包括多列LED，将阵列同一行上的属于不同列的至少2个LED编为一个光收发组，不同光收发组包含的LED不同，一个光收发组的扫描过程包括一次扫描，且组中的发射LED与所有接收LED相邻。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：

步骤(b)对同一扫描组，按检测得到放电时间的顺序来相应保存转换后的灰度值，使得第M个灰度值即为第M个发光的发射LED下方图形块的灰度值，M为扫描组包含的LED个数；有多个扫描组时，不同扫描组扫描得到的灰度值也按扫描组在LED阵列上的排列顺序按序存放。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：

步骤(b)先暂存一次循环扫描过程中各接收LED的放电时间信息，在完成一次循环扫描后，再将本次循环扫描得到的所有放电时间转换为一组灰度数据并保存到所述图形数据存储单元，且对各次循环得到的各组灰度值依次存放。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：

步骤(b)是根据保存的一放电时间阈值来对放电时间进行转换，放电时间大于该阈值时将其转换为表示黑色的灰度值，放电时间小于该阈值时将其转换为表示白色的灰度值，所述放电时间阈值介于对黑色图形和白色图形测试得到的放电时间之间。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：

步骤(b)再将所述装置的LED阵列对准要扫描的图形时，使所述LED阵列的发光面离所述图形的距离为0.5～5mm。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：

所述包括发光二极管LED阵列的装置为LED摇摇棒。

综上所述，本发明利用LED的感光特性，并结合特定的充电、发光和放电时序，实现了一种能够灵活扫描图形的LED图形扫描显示装置如摇摇棒，其电路结构简单，大大降低了成本，具有很好的市场前景。

附图说明

图1是本发明实施例LED图形扫描处理部分的结构框图。

图2A是本发明实施例LED图形扫描方法的流程图。

图2B是图2A中启动扫描后的扫描处理流程图。

图3接收LED负极放电波形图。

图4本发明LED图形扫描显示装置图形扫描示意图。

图5是LED单次扫描的控制流程图。

图6本发明扫描图形数据读取周期的计算流程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

LED图形扫描显示装置包括扫描处理部分和图形显示部分，先通过扫描处理部分将需要显示的图形(也可称图像、图案等)进行扫描并记录相应的图形数据；显示时，图形显示部分读取记录的图形数据，控制LED还原扫描的图形。

图1是本实施例扫描处理部分的结构框图，如图所示，该扫描处理部分包括依次连接的LED阵列11、扫描控制及处理单元12和图形数据存储单元13。其中：

LED阵列11至少包括排列在一列上的多个LED，本实施例中均以一列为例进行说明，这里的“排列在一列”是依照一般的习惯来描述，将其写成“排列在一行”或者“排列一条直线上”应视之为完全等同的描述。

扫描控制及处理单元12用于控制各个光收发组依次循环扫描，每一光收发组由列向上相邻的至少两个LED组成，光收发组每次扫描时，先对接收LED充电，然后控制相邻的一个发射LED发光并停止对接收LED充电，检测接收LED的放电时间并转换为图形块灰度值，再将各图形块的灰度值输出到图形数据存储单元13。

该单元可以进一步分为：

扫描控制单元121，用于将LED阵列分为一个或多个扫描组，控制各扫描组中的光收发组依次循环扫描，一次循环即完成对一列图形的扫描，每一光收发组由列向上相邻的至少两个LED组成，且每一光收发组一次扫描时只能有一个发射LED。每一次循环扫描中，控制一列上的各个光收发组依次扫描，在光收发组的一次扫描过程中，先对组中的接收LED(可以有一个或多个)加反向偏压使其充电，然后对该组的一个发射LED加正向偏压使其发光并取消在接收LED负极施加的电压(如将其负极变为悬浮、正极电压不变如为低电平时，该低电平可以为一基准电压如：1/2Vcc)，接收LED将进行放电。具体过程在下面的流程再详细描述。

放电时间检测单元122，用于检测接收LED的放电时间，输出到数据转换单元123。具体可以检测接收LED负极的端电压，计算从开始放电(如从将接收LED负极设置为悬浮后开始计时，或者从给发射LED加正向偏压时开始计时，或以两者中的后者为准)，到接收LED负极电压变化到与正极相等的时间，即为放电时间。

数据转换单元123，保存有LED放电时间与图像灰度之间的对应关系信息，用于将各接收LED的放电时间转换为图形块的灰度值，并将各图形块的灰度值输出到图形数据存储单元13。该单元可以先暂存放电时间数据，对多个数据同时转换，具体方式在下面的流程中再详细描述。

图形数据存储单元13用于保存扫描图形的灰度值，供图形显示部分读取和显示。

至于LED图形扫描显示装置中的图形显示部分，用于根据装置的移动速度，依次从所述图形数据存储单元读取图形数据并在所述LED阵列上显示，其功能与现有的图形显示部分一样，无需详细说明。

应说明的是，以上的单元划分及其名称并不是唯一的，但只要是实现了上述功能，均应视为等同的装置。

在一个示例中，上述扫描控制及处理单元可采用Generalplus(凌通公司)的GPC1系列芯片，图形数据存储单元采用Atmel公司24C256型号的EEPROM。LED阵列由排为一列的32个LED组成，LED间的间距约为1毫米。

图2是本实施例实现LED图形扫描的方法的流程图，包括以下步骤：

步骤10：将一列上的LED分为一个或多个扫描组，确定每一扫描组中要依次进行扫描的各个光收发组；

由于发射LED是正对其下的图形块发光的，其相邻甚至更远的LED都可以收到该图形块的反射光。为了避免多个图形块反射光对同一接收LED的干扰，同时工作的多个光发收组之间应间隔足够的距离。为此将一列LED划分为一个或多个扫描组，不同扫描组的光收发组可以同时进行扫描，但同一扫描组中的光收发组只能依次进行扫描。在一个示例中，假定一列上有32个LED，可以将上面16个划为一个扫描组，下面的16个划为一扫描组，两个扫描组的光收发组可以同时扫描。分组扫描可以加快扫描速度。

那么如何选择LED组成光收发组呢？本实施例是将一列上的相邻LED两两组合为若干光收发组，16个LED组成的扫描组包括8个依次排列的光收发组。光收发组除了两两组合这种方式外，也可以将3个连续LED作为一个光收发组，扫描时中间的LED作为发射LED，与其相邻的两个LED作为接收LED。在转换时，可以取这两个接收LED放电时间的均值来确定发射LED所对图形块的灰度值。以上虽然列举了光收发组组成的一些示例，但并不用于限制本发明，例如在有多列LED时，也可以将两列或更多列中在LED阵列同一行上的至少两个LED(2个或3个为佳)组成光收发组，可以实现同样的扫描功能。甚至，在LED较小的情况下，光收发组中的LED也不是必须相邻，也可以实现基本的扫描功能。

另一方面，不同光收发组包含的LED可以是独立的，如本实施例那样。但在其它的实施方式中，一个LED也可以属的不同的光收发组。如上述3个LED组成光收发组的情况，第一个光收发组可包含列向上的第1～3个LED，第二个光收发组则包含第2～4个LED，即相邻的两个光收发组包含两个相同的LED，依此类推。即使由2个LED组成光收发组时，除了两两组合的方式即将第1～2个LED为一组，第3～4个LED为一组，第5～6个LED为一组，依此类推。也可以将第1～2个LED为一组，第2～3个LED为一组，第3～4个LED为一组，依此类推，即相邻的光收发组包含一个相同的LED，并发射LED不同。

但不管如何选择光收发组，为了保证扫描不遗漏，在一次循环中一列上的每个LED都须做一次发射LED，以便得到其下方图形块的灰度值。

步骤20，将LED图形扫描显示装置的LED阵列对准要扫描的图形，启动扫描后同时控制各扫描组中的光收发组依次循环扫描，同时将该装置从所扫描图形的一侧移动到另一侧，即可完成扫描。

本发明所说的要扫描图形即可以是一幅完整的图，也可以是一幅图中的一部分，或者两幅图的拼合。同时LED装置也可以相对图形斜着进行扫描。另为了保证良好的效果，需注意以下问题：

A，移动速度不宜过快，过快会影响扫描的精度，速度越慢分辨率越高，但会受到存储空间大小的限制。

B，应尽量保证匀速移动，否则图形在重现时容易发生变形。

C，LED装置与图形的垂直距离介于0-5cm之间均可，以小于5mm为佳，距离太大容易受到外界光线的干扰，且使得可同时扫描的光收发组减少，每次循环的扫描时间加长。

可以在LED阵列所在表面的两侧或周边设置突缘，超出LED发光面的0.5～5mm的距离，这样就可以将LED图形扫描装置贴着图形移动，也可以避免外界光线的干扰。

在一个示例中，两个光收发组的扫描间隔在10ms左右，在一列有32个LED且分成两组同时扫描时，完成一次循环扫描的时间大约为0.2s。如果扫描图形在LED垂直方向上的长度是5cm-20cm，控制图形扫描时间在1s-10s之间，每个扫描图形可以存储的列数据在5列-50列，扫描速度越慢列数越多，分辨率越高。

启动扫描后，控制各个光收发组依次循环扫描的处理流程如图2B所示，包括以下步骤：

步骤202，启动各个扫描组中的第一个光收发组开始扫描；

一般来说，可以将最上端或最下端的光收发组作为第一个开始扫描的光收发组，但从中间位置的光收发组开始扫描也是可以的。较佳地，不同扫描组中第一个开始扫描的光收发组在各自扫描组中的相对位置一致。

步骤204，控制第一个光收发组进行扫描；

光收发组的扫描过程都是一样的。本实施例中，是先对接收LED加一段时间的反向偏压使其充电，然后对发射LED加正向偏压使其发光并取消在接收LED负极施加的电压，检测出接收LED的放电时间并保存，如此完成一次扫描；之后，将发射LED和接收LED互换，按上述方式再进行一次扫描，同样保存接收LED的放电时间；

以上是基于将LED两两组成一个光收发组的情况，通过发射LED和接收LED的互换，通过两次扫描完成对该两个LED下的图形块的扫描。在其它编组的方式下，如3个LED编为一个光收发组，或者将第1～2、2～3、3～4个LED编为一组，或者将两列上相邻LED编为一个光收发组时，都不需要进行上述互换，一个光收发组只对发射LED下的图形块扫描一次，即可启动下一光收发组。

步骤206，依次启动余下的光收发组完成扫描；

不需要在第一个光收发组放电完成后，再对第二个光收发组中的接收LED进行充电，这样将延长一次循环扫描的时间。本实施例在第一个光收发组充电完成后，即可开始对第二个光收发组的接收LED进行充电，在第一个光收发组的发射LED发光结束后，第二个光收发组的接收LED已完成充电，可以立即控制第二个光收发组的发射LED发光。这样可以加快扫描过程，进而保证扫描的精度。当然不能同时对同一扫描组的两个光收发组中的发射LED篱加正向偏压。

一般来说，下一扫描的光收发组与刚完成扫描的光收发组相邻或者包含有相同的LED，不过也不是必须如此。

步骤208，扫描组中所有光收发组均完成扫描后，将该次列扫描得到的所有放电时间数据转换为图形块的灰度值，并按序存储；

图3示出了接收LED充放电波形的一个示例。扫描处理部分利用微控制器控制LED充电、发光和放电，通过识别放电时间来识别所扫描图形反射光的强度，从而判断出该处的灰度。放电时间越长，则光强度越弱，该处的灰度越暗，越偏向于黑色；放电时间越短，则光强度越强，该处的灰度越亮，越偏向于白色。在实际应用中，由于不同类型的LED对于相同强度的光放电时间值基准不同，通常需要先打光给黑色以及白色记录出黑色和白色的放电时间值，并以此为基准在介于黑色值放电时间值和白色值放电时间之间设置一阈值，将放电时间大于该阈值的判决为黑色，将放电时间小于该阈值的判决为白色。本实施例的灰度只是区别为黑白两色，用1个bit即可表示。但不排除使用更多的灰度值，使用更多bit来保存的可能，此时显示时也可以控制LED以不同亮度来显示。

本实施例中，是先暂存每次列扫描过程中各接收LED的放电时间信息，在完成一次循环扫描后，根据保存的放电时间与图形灰度间的对应关系，将本次循环扫描得到的所有放电时间转换为灰度值。但这只是一种方式，相对而言，需要的缓存空间较少且CPU利用率较高。但本发明对该处的具体处理方式不做限制，如也可以在整个图形扫描完成后再对所有放电时间进行转换和保存，或者每次块扫描后即对得到的放电时间进行转换和保存等等。

在保存方式上，本实施例采用了比较简单的按序存储的方式，即按检测到放电时间的顺序来相应保存转换后的灰度值。例如，这样对于一个扫描组扫描得到的一组灰度值，第M个灰度值即为第M个发光的LED下的图形块的灰度值。对于一次循环扫描中，根据不同扫描组检测的放电时间转换后的灰度值，在存储时也较佳按扫描组在LED阵列上的排列顺序依次存放。上述一次循环扫描得到的按序存储的灰度值实际上是所扫描图形一列上的各个图形块的灰度值，但按上述方式存储后可以不必另外记录灰度值所对应的图形块的位置，因为该灰度值的存储顺序与显示时要对应到的LED的排列顺序是一致的。当然从理论上，不按序存储，而是记录各个灰度值在显示时应对应到的LED标识如序号也是可以的。

步骤210，一次循环扫描完成后，按相同方式进行下一次的循环扫描，直到使用者停止扫描，即得到所扫描图形的全部数据。

各次循环扫描得到的各组灰度值之间也宜按序存储。另外在扫描完成后，可以统计一下循环扫描的次数N，用于显示时的计算。以上介绍了利用LED图形扫描显示装置对图形进行扫描处理的详细方法。读取图形并显示的处理可以采用已有技术的方法，如利用现有摇摇棒的原理，将记录的扫描图形数据循环读出并进行显示。

下面以一应用的示例来说明本发明所述的LED图形扫描显示装置及其LED图形扫描和显示方法。

请参见图4，是本示例LED图形扫描显示装置进行图形扫描的示意图。首先在一张白纸上用画了一个黑色的“A”图形，然后利用LED的感光特性来记录出此图形的黑白色分布情况。当然所能识别的图形有灰度的变化即能引起光强度的变化均可，包括任何颜色的搭配。

在扫描时，将LED图形扫描显示装置贴在纸上，与纸的垂直间距为1mm左右为较佳，以最大限度的避免外界直射光的影响，保证对LED投射的反射光的检测效果。

将一列上的LED分为多个光收发组，每一发收组包括至少一个发射LED和接收LED，该示例是将相邻的LED两两编为一组。扫描时，记录的放电时间对应于发射LED下方图形块的灰度。在完成一次扫描后，此两者会互换角色，这样就可以检测到位于该组LED下方的两个图形块的灰度值。

本示例中，要扫描一个完整的“A”图形，首先将LED阵列放置在该图形的最左端。按从上到下的顺序将LED排序为LED1～LED32。先将LED1作为发射LED，LED2作为接收LED，使此两个LED完成单次扫描，记录下LED2的放电时间值，该值即对应于LED1下方的图形块灰度；再将LED2作为发射LED，LED1作为接收LED，完成单次扫描，并记录下LED1的放电时间值，该值即对应为LED2下方的图形块灰度。这样完成了第一个光收发组的扫描。再将LED3作为发射LED，LED4作为接收LED，完成单次扫描，记录下LED4的放电时间值，该值即对应为LED3下方的图形块灰度；再将LED4作为发射LED，LED3作为接收LED，完成单次扫描，记录下LED3的放电时间值，该值即对应为LED4下方的图形块灰度。

以此方式从上至下完成整个LED阵列的扫描后，即记录下了LED1～LED32的放电时间值，对应于这些LED下方图形块的灰度情况，作为一个样本(sample)信息。将记录下的各个LED的放电时间与这种LED的黑白色区隔基准(即阈值)相比较，大于此值即为黑色，记录为二进制中的“1”，小于此值即为白色，记录为二进制中的“0”。这样就可以使用4个Byte记录下32个LED对应的一列图形块的黑白色信息，每一bit的值对应于一个LED下方图形块的灰度值，并按相同的顺序排列。然后将此sample信息存储到Atmel公司24C256型号的EEPROM中。

因为启动扫描后会将LED装置向右移动，LED阵列每次循环扫描会对应到不同列上的图形块，得到对应的一组新的sample信息，再次将此sample信息存储到Atmel公司24C256型号的EEPROM中。这样，当从左至右动态的平行移动LED列(尽量匀速)时，即可记录“A”图形的完整黑白信息即完整的sample信息，将该记录的sample信息存入到数据存储器中。

LED光收发组单次扫描时，首先对接收LED负极加载高电平，然后控制发射LED发光并将接收LED的负极设置为悬浮，扫描图形的反射光使接收LED的负极放电，高电平逐渐变化为低电平。白图像的反射光强较强，所以放电较快；黑图像的反射光强较弱，所以放电较慢。

图5是LED光收发组单次扫描的控制流程图。包括以下步骤：

步骤502，首先让接收LED反向充电，即在该LED两端添加反向偏置电压，充电一段时间(约10ms即可)后就会有一定量电荷的积累；

步骤504，将发射LED点亮，即在该LED两端添加正向偏置电压，此时的发射LED作为一个光源，照射到下放的图形上，而反射光会照射到接收LED上；

在将发射LED点亮时，即可以开始对下一要扫描的发收发组中的接收LED充电了。

步骤506，将接收LED的负极端设置为悬浮(Floating)，此时发射LED的反射光照射到接收LED上，会使接收LED的负极放电；

需说明的是，在该LED两端添加正向偏置电压和将接收LED的负极端设置为悬浮这两个操作基本是同时进行的，当然也可以稍有先后之别，步骤中虽然将设置为悬浮写在后一步骤，但并不表示这两个操作一定要按这种顺序来执行。

步骤508，检测接收LED的放电时间，即可检测出其接收的反射光强弱，进而可得到发射LED下方图形块的灰度值，这里表示为黑白两色。

因为一个光收发组放电时可以对另一光收发组充电，两次扫描的间隔时间一般较短，约为10ms左右。

请参见图6，是本发明LED图形扫描显示装置扫描图形数据读取周期的计算流程。

本发明的LED图形扫描显示装置的图形显示还包括一个摆动Sensor，用于计算图形显示时图形数据读取的周期，该摆动Sensor与LED阵列固定在一起，通过记录摆动Sensor的摆动时间T即可检测到LED阵列的摆动时间T，进而根据图形数据存储单元中存储的扫描图形列的总数N(即等于循环扫描次数)，即可计算出读取和显示每列数据的时间即T/N。其中，除了摆动Sensor，还可以采用其他器件检测摆动时间。

在图形显示时，需要左右摆动LED阵列。首先记录下LED从左端摆动到右端的时间(T1)，然后记录下从右端摆动到左端的时间(T2)，如记录在EEPROM中的图形数据的sample数总数为N。则再次检测到从左至右摆动时，会以T1/N的单位时间去从EEPROM中按顺序取出记录的sample信息。若为“1”则对应为黑色，对应处的LED设置为不点亮状态；若为“0”则对应为白色，对应处的LED设置为点亮状态。这样一个sample信息就可以还原成之前扫描时记录的一列的黑白色状况。以T1/N的单位时间去不断从EEPROM中按顺序取出新的记录的sample信息并还原出新的阵列状况。而T1/N的单位时间小于人的视觉暂留，因此就会形成一个动态的图形。如之前记录的图形为“A”，那么从左至右摆动时，就会从左至右以T1/N的单位时间去显示出“A”字图形；从右至左摆动时，就会从右至左以T2/N的单位时间去点亮出“A”字图形。

由此可见，本发明所述的LED图形扫描显示装置，利用LED的感光特性，通过控制LED充电、发光和放电检测扫描图形反射光的强度，进而获取使用者需要显示的图形数据，以实现动态扫描显示，其显示图形根据使用者的爱好灵活多变，且电路结构简单，成本低。

本发明在上述实施例的基础上还可以有多种变换方式，根据本发明构思作出的简单变换也应当属于本发明的保护范围之内。

例如：所述LED图形扫描显示装置应用广泛，不仅可以作为摇摇棒应用于多种娱乐场所，还可以用于运动鞋Logo的设计以增加产品的功能。或者应用于任何需要利用LED阵列进行图形扫描和显示的场合。

又如，上述LED图形扫描显示装置中的LED扫描处理部分可能与LED图形显示部分分开，即LED扫描处理部分也可以做成独立的产品，用于完成对图形的扫描和存储。其可以进一步提供一个数据下载的接口。

又如，LED阵列也可以有多列LED，在扫描时可以只启动一列上的LED进行扫描处理。当然，也可以同时启动多列进行同时扫描，各列的扫描处理可以采用上述揭示的方法。但为了避免各列的发射光对接收产生相互干扰，可以将不同LED列上同时扫描的光收发组的位置错开，例如将不同位置上的光收发组作为扫描组中的第一个光收发组，然后顺序扫描。在这种情况下，一次循环扫描和处理可以得到多列LED下方的图形块的数据，同样将各列的数据按列的顺序存储即可。在显示时，不同列的LED使用该列LED扫描得到的灰度数据进行显示。

又如，当要扫描的图形只有一列时，如一些条纹状的图案，一列LED依次扫描后即可得到所有图形数据，此时不必进行循环扫描。

Claims (22)

1.一种利用发光二极管阵列扫描图形的装置，包括发光二极管LED阵列和图形数据存储单元，所述LED阵列至少包括排为一列的多个LED，其特征在于，还包括与所述LED阵列和图形数据存储单元相连的一扫描控制及处理单元，所述扫描控制及处理单元用于控制由所述LED阵列上至少两个LED组成的光收发组对图形进行扫描，在光收发组一次扫描过程中，先对组中的一个或多个LED即接收LED充电，然后控制余下的一个LED即发射LED发光并停止对接收LED充电，检测接收LED的放电时间，扫描过程检测到的所述放电时间转换为图形块灰度值后，保存到所述图形数据存储单元；所述扫描控制及处理单元包括一数据转换单元，所述数据转换单元，保存有所述LED阵列所使用的LED的放电时间与图形灰度值之间的对应关系信息，用于将所述放电时间转换为图形块灰度值，并将各图形块灰度值输出到图形数据存储单元。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述扫描控制及处理单元进一步还包括：扫描控制单元、放电时间检测单元，其中：

所述扫描控制单元，与所述LED阵列相连，用于将一列或多列上的LED分为一个或多个扫描组，并将每一扫描组中的LED编为一个或多个光收发组，控制一扫描组中的光收发组依次循环扫描，或在有多个扫描组时同时控制各扫描组中的光收发组依次循环扫描；

所述放电时间检测单元，与所述LED阵列相连，用于检测光收发组每次扫描时接收LED的放电时间，输出到数据转换单元。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：

所述扫描控制单元在光收发组的一次扫描过程中，先对组中的接收LED加反向偏压使其充电，然后对该组的发射LED加正向偏压使其发光并取消在接收LED负极施加的电压。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：

所述扫描控制单元将各扫描组中的LED编为多个光收发组时，在对前一扫描的光收发组中的发射LED加正向偏压使其发光的同时，即可对下一要扫描的光收发组中的接收LED加反向偏压使其充电，但对同一扫描组的两个光收发组中的发射LED加正向偏压的时间要错开。

5.如权利要求2所述的装置，其特征在于：

所述扫描控制单元是将扫描组中相邻的LED两两编为一个光收发组且不同光收发组包含的LED不同，一个光收发组的扫描过程包括二次扫描，第一次扫描和第两次扫描时将光收发组中的接收LED和发射LED互换；或者

所述扫描控制单元是将扫描组中相邻的两个LED编为一个光收发组，相邻两个光收发组包含一个相同的LED，一个光收发组的扫描过程只包括一次扫描且相邻光收发组的发射LED不同；或者

所述扫描控制单元是将扫描组中连续的3个LED编为一个光收发组，扫描时以中间的那个LED为该光收发组的发射LED，其它两个为接收LED，且相邻两个光收发组包含二个相同的LED，所述放电时间检测单元检测两个接收LED的放电时间并取均值，所述数据转换单元根据所述放电时间的均值来进行转换；或者

所述LED阵列包括多列LED，所述扫描控制单元将阵列同一行上的属于不同列的至少2个LED编为一个光收发组，不同光收发组包含的LED不同，一个光收发组的扫描过程包括一次扫描，且组中的发射LED与所有接收LED相邻。

6.如权利要求2所述的装置，其特征在于：

所述数据转换单元对同一扫描组，按检测得到放电时间的顺序来相应保存转换后的灰度值，使得第M个灰度值即为第M个发光的发射LED下方图形块的灰度值，M为扫描组包含的LED个数；有多个扫描组时，不同扫描组扫描得到的灰度值也按扫描组在LED阵列上的排列顺序按序存放。

7.如权利要求2或6所述的装置，其特征在于：

所述数据转换单元先暂存一次循环扫描过程中各接收LED的放电时间信息，在完成一次循环扫描后，再将本次循环扫描得到的所有放电时间转换为一组灰度数据并保存到所述图形数据存储单元，且对各次循环得到的各组灰度值依次存放。

8.如权利要求2所述的装置，其特征在于：

所述数据转换单元保存的所述LED阵列所使用的LED的放电时间与图形灰度值之间的对应关系信息包括一放电时间阈值，放电时间大于该阈值时将其转换为表示黑色的灰度值，放电时间小于该阈值时将其转换为表示白色的灰度值，所述放电时间阈值介于对黑色图形和白色图形测试得到的放电时间之间。

9.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：

所述LED阵列所在表面的两侧或周边设置有超出LED发光面0.5～5mm的距离的突缘。

10.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：

所述利用发光二极管阵列扫描图形的装置还包括图形显示部分，用于根据装置的移动速度，依次从所述图形数据存储单元读取图形数据并在所述LED阵列上显示。

11.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：

所述利用发光二极管阵列扫描图形的装置为LED摇摇棒。

12.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：

所述LED阵列包括多列LED，所述扫描控制单元将其中的每一列，均将该列上的LED分为一个或多个扫描组，各扫描组中的LED编为一个或多个光收发组，同时控制各扫描组中的光收发组依次循环扫描，但是在每次循环扫描时，控制各列上同时扫描的光收发组在列向上的位置错开。

13.一种利用发光二极管阵列扫描图形的方法，应用于一利用发光二极管阵列扫描图形的装置，所述装置包括发光二极管LED阵列、图形数据存储单元，以及与所述LED阵列和图形数据存储单元相连的一扫描控制及处理单元，所述扫描控制及处理单元包括一数据转换单元，所述方法包括以下步骤：

(a)将所述发光二极管LED阵列中的LED编为一个或多个光收发组，每一光收发组至少包括两个LED；

(b)将所述发光二极管LED阵列对准要扫描的图形，启动扫描后将所述装置从扫描图形的一侧移动到另一侧，同时由所述扫描控制及处理单元控制所述光收发组对图形进行扫描，在光收发组的一次扫描过程中，先对组中的一个或多个LED即接收LED充电，然后控制余下的一个LED即发射LED发光并停止对接收LED充电，检测所述接收LED的放电时间，然后由数据转换单元根据其保存的所述LED阵列所使用的LED的放电时间与图形灰度值之间的对应关系信息，将所述放电时间转换为图形块灰度值，并将各图形块灰度值保存至图形数据存储单元。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：

步骤(a)还将一列或多列上的LED分为一个或多个扫描组，将每一扫描组中的LED编为一个或多个光收发组；

步骤(b)扫描时，控制一扫描组中的光收发组依次循环扫描，或在有多个扫描组时同时控制各扫描组中的光收发组依次循环扫描。

15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于：

步骤(b)在光收发组的一次扫描过程中，先对组中的接收LED加反向偏压使其充电，然后对该组的发射LED加正向偏压使其发光并取消在接收LED负极施加的电压。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于：

步骤(a)将扫描组中的LED编为多个光收发组，步骤(b)在对前一扫描的光收发组中的发射LED加正向偏压使其发光的同时，即可对下一要扫描的光收发组中的接收LED加反向偏压使其充电，但对同一扫描组的两个光收发组中的发射LED加正向偏压的时间要错开。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于：

是将扫描组中相邻的LED两两编为一个光收发组且不同光收发组包含的LED不同，一个光收发组的扫描过程包括二次扫描，第一次扫描和第两次扫描时将光收发组中的接收LED和发射LED互换；或者

是将扫描组中相邻的两个LED编为一个光收发组，相邻两个光收发组包含一个相同的LED，一个光收发组的扫描过程只包括一次扫描且相邻光收发组的发射LED不同；或者

是将扫描组中连续的3个LED编为一个光收发组，扫描时以中间的那个LED为该光收发组的发射LED，其它两个为接收LED，且相邻两个光收发组包含二个相同的LED，所述放电时间检测单元检测两个接收LED的放电时间并取均值，所述数据转换单元根据所述放电时间的均值来进行转换；或者

所述LED阵列包括多列LED，将阵列同一行上的属于不同列的至少2个LED编为一个光收发组，不同光收发组包含的LED不同，一个光收发组的扫描过程包括一次扫描，且组中的发射LED与所有接收LED相邻。

18.如权利要求14所述的方法，其特征在于：

步骤(b)对同一扫描组，按检测得到放电时间的顺序来相应保存转换后的灰度值，使得第M个灰度值即为第M个发光的发射LED下方图形块的灰度值，M为扫描组包含的LED个数；有多个扫描组时，不同扫描组扫描得到的灰度值也按扫描组在LED阵列上的排列顺序按序存放。

19.如权利要求14或18所述的方法，其特征在于：

步骤(b)先暂存一次循环扫描过程中各接收LED的放电时间信息，在完成一次循环扫描后，再将本次循环扫描得到的所有放电时间转换为一组灰度数据并保存到所述图形数据存储单元，且对各次循环得到的各组灰度值依次存放。

20.如权利要求14所述的方法，其特征在于：

步骤(b)是根据保存的一放电时间阈值来对放电时间进行转换，放电时间大于该阈值时将其转换为表示黑色的灰度值，放电时间小于该阈值时将其转换为表示白色的灰度值，所述放电时间阈值介于对黑色图形和白色图形测试得到的放电时间之间。

21.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于：

步骤(b)再将所述装置的LED阵列对准要扫描的图形时，使所述LED阵列的发光面离所述图形的距离为0.5～5mm。

22.如权利要求13所述的方法，其特征在于：所述包括发光二极管LED阵列的装置为LED摇摇棒。

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