激光条码读码器的工作原理和组成(一）(1)激光光源。利用金属氧化物气相外延技术制造的可见光半导体激光器具具有低功耗、可直接调制、体积小、重量轻、固体化、可靠性和等优点。一出现，就迅速取代了原先使用的He-Ne激光器。该半导体激光发射出非轴对称的椭圆光束。垂直于P-W结面方向的发散角V=30°，与结面方向平行的发散角V≤10°。利用传统的光束准直技术，在光束会聚点两边的长轴方向上，椭圆光斑将相互交换。很明显，这样扫描器只能获得较小的景深。Eastman等人提出采用图3所示的光束瞄准技术，克服了这种交换现象，大大提高了扫描景深范围。这样的椭圆光束只适用于单线激光扫描。当布置光路时，光斑的椭圆长轴方向应与光线扫描方向垂直。在单线扫描读卡器中，这种椭圆光斑由于对印刷噪声不敏感，其性能将优于下文所述的圆形光斑。对全角条码读码器来说，由于光束在扫描识读条码时，有时会出现较大倾角的扫描条码。所以，光束光斑不宜呈椭圆形。它常被成圆形。在准直镜头前添加一小圆孔光阑是目前常用的方法。这种光束性质可以用小孔的菲涅耳衍射性质来近似。使用此方案，对于标准的UPC条码，景深可以达到250mm~300mm。对于诸如机场行李输送线这样要求大景深的场合，则显得不够。当前普遍采用的方案是增大条码符号大小或使构成扫描图案的不同扫描光会聚在不同区域，形成“多焦平面”。但比较吸引人的是采用特殊的光学准直元件，使光场具有特殊分布，因而光束发散角，能获得较大景深。激光条码读码器的工作原理和组成(二）(二)光学系统。激源产生的激光光束也需要通过扫描系统形成扫描线或扫描图样。旋转棱镜扫描和全息扫描是一种常用的全角度条码扫描仪。全息扫描系统具有结构紧凑、工作可靠、成本低等特点。IBM公司在3687型扫描器上使用以来，就得到了广泛的应用，并不断推陈出新。不难想象，它所占的市场份额会越来越大。旋棱镜扫描技术历史悠久，技术较为成熟。该装置采用旋转棱镜扫描光束，采用一组折叠式平面反射器改变光路，实现多方向扫描光。现在使用较多的MS-700等扫描器产品还使旋转棱镜不同面的楔角不同，在一个扫描方向上形成数条扫描线。一种高密度扫描图样是由多个方向的扫描光组成的。这个办法的另一个潜在好处是可以减少激光辐射的危害。全角扫描这一概念早是为提高超市流通速度而提出的，并与其设计了相应的UPC条码。在UPC码的两个扫描方向上，“X”扫描图案便可实现全角度扫描。伴随着扫描技术的发展，条码应用领域的扩大和提高自动化水平的迫切需要，目前正将全角扫描的概念推广到其他编码系统，如39码、交插25码等。这种条码的条码宽度较小，实现全角度扫描时需要更多的扫描方向数。除了旋转棱镜之外，还需要添加另一个运动元件，如旋转图4中的折叠式平面镜组等。手持式单线扫描器由于扫描速度慢、角度小等原因，有许多方案可用于实现束流扫描。除了利用旋转棱镜、摆镜之外，还可以通过运动光学系统中的许多元件实现光束扫描。例如运动半导体激光器、运动准直镜头等，可实现扫描束流。引起这些运动的动力元件除了直流电机之外，还有压电陶瓷、电磁线圈等。这种电源元件具有不易损坏、寿命长、使用方便等优点，预计也将得到一定的应用。激光条码读码器的工作原理和组成(四）㈣光电转换。需要用光电转换器将接收的光信号转化为电信号。在全角条码读码器中的条码信号频率是几兆赫至几十兆赫。这就要求光电转换器采用雪崩光电二极管(APO)，即PIN光电二极管，这是一种高频响应型光电二极管。全角扫描仪通常连续使用时间长，为保证用户的安全性，要求激光源的输出能量较少。结果，终获得的能量非常微弱。为获得较高的信噪比(这取决于误码率)，通常使用低噪声分立元件构成前置大电路，以低噪声放大信号。手持式扫描仪的信号频率在几十千赫至几百千赫之间。通常使用硅光电池、光电二极管和光电三极管作为光电转换器件。手持式扫描仪的出射光能量比较强，信号频率较低，另外，如前所述还可以采用同步放大技术等。所以，对电子元件的特性要求不太高。并且，由于信号的频率较低，可以很方便的实现自动增益控制电路。条码印刷时，由于边沿模糊不清，更主要是由于扫描点面积有限以及电子线路的低通特性，造成信号边缘模糊不清，这就是通常所说的模拟电信号。这个信号还必须通过成形电路，使边缘尽可能地***，使其成为通常所说的“数字信号”。类似地，手持式条码读码器由于信号频率较低，在方案的选择上会有较大的空间。在以上的例子中，我们可以看到高信号频率在技术上有很大的困难，而且成本也有所增加。对有一定阅读能力的全角度扫描识读器来说，其数据率R正比n/(H×Cosα-W×sinα)。其中，n为扫描方向数，H、W分别为条码符号的高度、宽度，α为条码符号相对扫描图案所处的角度值不利于扫描识读，对于各扫描线均匀分布的情况α=π/2n，即n=2时α为45°，这个条码符号相对扫描图案所处的角度值不利于扫描识读，对于各扫描线均匀分布的情况α=π2,n为3时数据的高度、宽度分别为条码符号的高度、宽度。这是设计扫描系统时需要考虑的问题。)