一种图形扫描装置的制作方法

专利名称：一种图形扫描装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用发光二极管(LED)阵列扫描图形的装置。
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。

实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种利用发光二极管阵列扫描图 形的装置，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的模型等效于一个充 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。
因此本实用新型可利用所述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。
本实用新型采用的技术方案是 一种图形扫描装置，包括发光二极管 LED阵列和存储器，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阵列和存储器相连的一扫描控制处理子装置，以 及与该扫描控制处理子装置连接的一扫描控制开关。
进一步地，上述图形扫描装置还可具有以下特点
所述扫描控制处理子装置用于控制由所述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，保存到所述存储器。
进一步地，上述图形扫描装置还可具有以下特点
所述扫描控制处理子装置进一步包括依次连接的扫描控制单元、放电时 间检测单元和数据转换单元，所述扫描控制单元还连接到所述LED阵列中 LED的两端，所述放电时间检测单元还连接到所述LED阵列中LED的负极 端，所述数据转换单元还连接到所述存储器。
进一步地，上述图形扫描装置还可具有以下特点
所述扫描控制单元，用于在启动扫描后根据保存的LED的分组信息， 控制各扫描组同时循环扫描， 一次循环过程中，控制扫描组的各光收发组依 次扫描， 一次扫描过程中，先对组中的接收LED加反向偏压，然后对该组 的一个发射LED加正向偏压并取消接收LED负极施加的电压，同时向放电 时间检测单元发送检测请求信号；
所述放电时间检测单元，用于在收到检测请求信号后检测当前接收LED 的放电时间，输出到所述数据转换单元；
所述数据转换单元，用于根据保存的LED放电时间与图像灰度之间的 对应关系信息，将一次扫描或一次循环扫描或整个扫描得到的接收LED的 放电时间转换为图形块的灰度值，按序输出到所述存储器。
进一步地，上述图形扫描装置还可具有以下特点
所述扫描控制单元保存的LED的分组信息包括LED阵列包含的扫描 组，每一扫描组中包含的光收发组，以及光收发组每次扫描时的发射LED 和接收LED，其中对扫描组中光收发组的配置采用以下方式中的一种
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
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，另一LED为接收LED;或者将扫描组中连续的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;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，上述图形扫描装置还可具有以下特点
所述数据转换单元是将所述放电时间的计时数据逐一与 一放电时间阈 值比较，记录对应的灰度值，再按序输出到图形数据存储器。
进一步地，上述图形扫描装置还可具有以下特点
所述扫描控制单元在对当前扫描的光收发组中的发射LED加正向偏压 的同时，对下一要扫描的光收发组中的接收LED加反向偏压。
进一步地，上述图形扫描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3巨离的突纟彖。
进一步地，上述图形扫描装置还可具有以下特点
所述图形扫描装置还包括从所述存储器读取图形数据并在所述LED阵 列上显示的图形显示部分。
进一步地，上述图形扫描装置还可具有以下特点
所述图形扫描装置为LED摇摇棒。
综上所述，本实用新型利用LED的感光特性，并结合特定的充电、发 光和^L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。


图1是本实用新型实施例LED图形扫描显示装置中扫描处理部分的结构框图2接收LED负极充》文电波形图3本实用新型LED图形扫描显示装置图形扫描示意图。
具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本实用新型的技术方案进行更详细的说明。
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，该扫描处理部分包括依次连 接的LED阵列11、扫描控制处理子装置12和存储器13,以及与扫描控制 处理子装置连接的扫描控制开关14。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方案。
扫描控制开关14与扫描控制处理子装置连接，供用户操作来启动或停 止扫描。可以采用常见的各种形式的按钮或按键。
扫描控制处理子装置12用于在启动扫描后，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，且一次扫描时 只能有一个发射LED。光收发组每次扫描时，先对组中的一个或多个LED 即接收LED充电，然后控制相邻的一个发射LED发光并取消接收LED的 负极电压，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 块的灰度值输出到存储器13。
该扫描控制处理子装置12可以进一步分为包括依次连接的扫描控制 单元121、放电时间检测单元122和数据转换单元123,扫描控制单元(包 括接线端子)还连接到所述LED阵列中LED的两端，放电时间检测单元还 连接到所述LED阵列中LED的负极端，数据转换单元还连接到存储器。以上单元可以用微处理器来实现，也可以用硬件逻辑电路来实现，也可以称为
扫描控制器121、放电时间检测器122和数据转换器123。 其中
扫描控制单元121,用于在启动后，根据保存的LED的分组信息，控制 各扫描组同时循环扫描， 一次循环过程中，控制扫描组的各光收发组依次扫 描， 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 该组的一个发射LED加正向偏压使其发光并取消接收LED负极施加的电压 (如将其负极变为悬浮、正极电压不变，为低电平时可以为一基准电压如 1/2Vcc),同时向放电时间检测单元发送检测请求信号，接收LED将进行 ;故电。具体过程在下面的流程再详细描述。另外，扫描控制单元在对当前扫 描的光收发组中的发射LED加正向偏压的同时，可以对下一要扫描的光收 发组中的接收LED加反向偏压，以加快扫描进程。
放电时间检测单元122,用于在收到检测请求信号后检测当前的接收 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，如从收到检测请求时开始计时，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。放电时间;险测单元可以通过本地配置的扫 描过程中接收LED的信息来确定当前接收LED,如可在本地配置一个起始 LED编号，每次累加来寻址，也可以由扫描控制单元发来该信息，或在每 次检测请求中指示当前的接收LED。
数据转换单元124，用于根据保存的LED放电时间与图像灰度之间的对 应关系信息，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存储器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。
存储器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。
扫描控制单元121保存的LED的分组信息由用户配置，包括LED阵 列包含的扫描组，每一扫描组中包含的光收发组，以及光收发组每次扫描时 的发射LED和接收LED。每一光收发组一次扫描时只能有一个发射LED,一般由列向上相邻的至少两个LED组成。
所述LED扫描组中光收发组的配置，可以采用以下方式中的一种，但 不局限于此
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
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, —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，另一LED为接收LED;或者
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;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。
另应说明的是，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，均应一见为等同的装置。
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器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。
在一个示例中，上述扫描控制处理子装置可采用Genemlplus(凌通^^司) 的GPC1系列芯片，图形数据存储器采用Atmel公司24C256型号的EEPROM (电可擦写可编程只读存储器)。LED阵列由排为一列的32个LED组成， LED间的间距约为1毫米。
上述LED图形扫描显示装置实现LED图形扫描时
首先将一列上的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， ^E并不用于限制本实用新型，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也可以属于不同的光收发组。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组成光收发組时，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。然后，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。
本实用新型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4并合。同时LED图形扫描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图形扫描装置与图形的垂直距离介于0-5cm之间均可，以小于 5cm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0.2 s。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 ls-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如下
第一步，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。
第二步，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。
第三步，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^f亍充电，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。
第四步，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2示出了接收LED充放电波形的一个示例。扫描控制处理子装置使 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200720187572.0
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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l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，需要的緩存空间较少且CPU利用率较高。但本实用新型对该处的具 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。
第五步， 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"i兌明本实用新型所述的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3,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lmm 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的方文电时间与这种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。
LED光收发组单次扫描的控制如下
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；
其次，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。
再次，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。
最后，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;改电时可以对另一光收发组充电，两次扫描的间隔时 间一般4交短，约为10ms左右。
本实用新型的LED图形扫描显示装置的图形显示还包括一个摆动 Sensor(传感器)，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器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(Tl),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。则再次冲全测到从左至右 摆动时，会以Tl/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Tl/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Tl/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，本实用新型所述的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。
本实用新型在上述实施例的基础上还可以有多种变换方式，根据本实用 新型构思作出的简单变换也应当属于本实用新型的保护范围之内。
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扫描处理部分可以与LED图形 显示部分分开，即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，如一些条紋状的图案， 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。
当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及 其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应 的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的;^又利要 求的保护范围。
权利要求1、一种图形扫描装置，包括发光二极管LED阵列和存储器，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阵列和存储器相连的一扫描控制处理子装置，以及与该扫描控制处理子装置连接的一扫描控制开关。
2、 如权利要求1所述的图形扫描装置，其特征在于所述扫描控制处理子装置用于控制由所述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，保存到所述存储器。
3、 如权利要求1或2所述的图形扫描装置，其特征在于所述扫描控制处理子装置进一步包括依次连接的扫描控制单元、放电时 间检测单元和数据转换单元，所述扫描控制单元还连接到所述LED阵列中 LED的两端，所述放电时间检测单元还连接到所述LED阵列中LED的负极 端，所述数据转换单元还连接到所述存储器。
4、 如权利要求3所述的图形扫描装置，其特征在于所述扫描控制单元，用于在启动扫描后根据保存的LED的分组信息， 控制各扫描組同时循环扫描， 一次循环过程中，控制扫描组的各光收发組依 次扫描， 一次扫描过程中，先对组中的接收LED加反向偏压，然后对该组 的一个发射LED加正向偏压并取消接收LED负极施加的电压，同时向放电 时间检测单元发送检测请求信号；所述放电时间检测单元，用于在收到检测请求信号后检测当前接收LED 的^L电时间，输出到所述数据转换单元；所述数据转换单元，用于根据保存的LED放电时间与图像灰度之间的 对应关系信息，将一次扫描或一次循环扫描或整个扫描得到的接收LED的 放电时间转换为图形块的灰度值，按序输出到所述存储器。
5、 如权利要求4所述的图形扫描装置，其特征在于所述扫描控制单 元保存的LED的分组信息包括LED阵列包含的扫描组，每一扫描组中包含 的光收发组，以及光收发组每次扫描时的发射LED和接收LED,其中对扫 描组中光收发组的配置采用以下方式中的一种将扫描组中相邻的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, —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，另一LED为接收LED;或者将扫描组中连续的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;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。
6、 如权利要求4所述的图形扫描装置，其特征在于所迷数据转换单元是将所迷放电时间的计时数据逐一与一放电时间阈 值比较，记录对应的灰度值，再按序输出到图形数据存储器。
7、 如权利要求4所述的图形扫描装置，其特征在于所述扫描控制单元在对当前扫描的光收发组中的发射LED加正向偏压 的同时，对下一要扫描的光收发组中的接收LED加反向偏压。
8、 如权利要求1或2所述的图形扫描装置，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。
9、 如权利要求1或2所述的图形扫描装置，其特征在于，所述图形扫描装置还包括从所述存储器读取图形数据并在所述LED阵 列上显示的图形显示部分。
10. 如权利要求9所述的装置，其特征在于 所述图形扫描装置为LED摇摇棒。
专利摘要一种图形扫描装置，包括发光二极管LED阵列和存储器，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阵列和存储器相连的一扫描控制处理子装置，以及与该扫描控制处理子装置连接的一扫描控制开关。本实用新型提供了一种利用发光二极管阵列扫描图形的装置，且电路结构简单，成本低。
文档编号G09F9/33GK201138562SQ20072018757
公开日2008年10月22日 申请日期2007年12月21日 优先权日2007年12月21日
发明者柳 杨, 罗立声 申请人:凌通科技股份有限公司;北京北阳电子技术有限公司