激光扫描条码识读器的各部件组成结构和工作原理

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激光扫描条码识读器的各部件组成结构和工作原理

激光扫描条码识读器由于其独有的大景深区域、高扫描速度、宽扫描范围等突出优点得到了广泛的使用。另外，激光全角度扫描识读器由于能够高速扫描识读任意方向通过的条码符号，被大量使用在各种自动化程度高、物流量大的领域。

激光扫描条码识读器由激光源、光学扫描、光学接收、光电转换、信号放大、整形、量化和译码等部分组成。
下面将详细讨论这些组成部分。

（一）激光源
　　采用MOVPE（金属氧化物气相外延）技术制造的可见光半导体激光器具有低功耗、可直接调制、体积小、重量轻、固体化、可靠性高、效率高等优点。它一出现即迅速替代了原来使用的He－Ne激光器。
　　半导体激光器发出的光束为非轴对称的椭圆光束（图二）。出射光束垂直于P－W结面方向的发散角Ｖ⊥≈30°，平行于结面方向的发散角Ｖ‖≈10°。如采用传统的光束准直技术，光束会聚点两边的椭圆光斑的长、短轴方向将会发生交换。显然这将使扫描器只有小的扫描景深。Jay M.Eastman等提出采用图3所示的光束准直技术，克服了这种交换现象，大大地提高了扫描景深范围。这种椭圆光束只能应用在单线激光扫描器上。布置光路时，应让光斑的椭圆长轴方向与光线扫描方向垂直。对于单线扫描识读器，这种椭圆光斑由于对印刷噪声的不敏感性，将比下面所说的圆形光斑特性更好。
　　对于全角度条码扫描识读器，由于光束在扫描识读条码时，有时以较大倾斜角扫过条码。因此，光束光斑不宜做成椭圆形。通常都将它整形成圆形。目前常用的整形方案是在准直透镜前加一小圆孔光阑。此种光束特性可用小孔的菲涅耳衍射特性来很好地近似。采用这种方案，对于标准尺寸UPC条码，景深能做到大约250mm到300mm。这对于一般商业POS系统已经足够了。但对如机场行李输送线等要求大景深的场合，就显得不够了。目前常用的方案是增大条码符号的尺寸或使组成扫描图案的不同扫描光线会聚于不同区域形成“多焦面”。但是更有吸引力的方案是采用特殊的光学准直元件，使通过它的光场具有特殊的分布从而具有极小的光束发散角，得到较大的景深。

（二）光学扫描系统
　　从激光源发出的激光束还需通过扫描系统形成扫描线或扫描图案。全角度条码扫描识读器一般采用旋转棱镜扫描和全息扫描两种方案。全息扫描系统具有结构紧凑、可靠性高和造价低廉等显著优点。自从IBM公司在3687型扫描器上首先应用以来得到了广泛的应用，且不断推陈出新。可以预料，它所占的市场份额将会越来越大。
　　旋转棱镜扫描技术历史较悠久，技术上较成熟。它利用旋转棱镜来扫描光束，用一组折叠平面反射镜来改变光路实现多方向的扫描光线（图4）。目前使用较多的MS－700等扫描器产品还使旋转棱镜不同面的楔角不同而形成一个扫描方向上有几条扫描线。由多向多线的扫描光线组成一个高密度的扫描图案。这种方法可能带来的另一个好处是可使激光辐射危害减轻。
全角度扫描概念最早是为了提高超级市场的流通速度而提出的，并设计了与之相应的UPC条码。对于UPC码两个扫描方向的“X”扫描图案就已能实现全角度扫描。随着扫描技术的发展，条码应用领域的拓宽以及提高自动化程度的迫切需要，现在正在把全角度扫描这个概念推广到别的码制，如39码、交插25码等。这些码制的条码高宽比较小，为了实现全角度扫描将需要多得多的扫描方向数。为此除旋转棱镜外还将需要增加另一个运动元件，例如旋转图4中的折叠平面镜组等。
　　手持单线扫描器由于扫描速度低、扫描角度较小等原因，能用来实现光束扫描的方案就很多。除采用旋转棱镜、摆镜外，还能通过运动光学系统中的很多部件来达到光束扫描。如通过运动半导体激光器（图5）、运动准直透镜等来实现光束扫描。而产生这些运动的动力元件除直流电机外，还可以是压电陶瓷和电磁线圈等。这些动力元件具有不易损坏、寿命长和使用方便等优点，估计亦将会得到一定的应用。

（三）光接收系统
　　扫描光束射到条码符号上后被散射，由接收系统接收足够多的散射光。在激光全角度扫描识读器中，普遍采用回向接收系统（图4）。在这种结构中，接收光束的主光轴就是出射光线轴。这样，散射光斑始终位于接收系统的轴上。这种结构的瞬时视场极小，可以极大地提高信噪比，还能提高对条码符号镜面反射的抑制能力，并且对接收透镜的要求亦很低。另外，它还能使接收器的敏感面较小。高速光电接收器敏感面积一般都不大，而且小敏感面积的接收器成本亦较低，所以这一点也是很重要的。它的缺点是当扫描光束位于扫描系统各元件边缘时要产生渐晕现象（图6）。除了从结构上采取措施尽量减小渐晕外，还应舍弃特性太差的扫描角度。

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