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激光掃描條碼讀取器的構成
激光掃描條碼讀取器的構成
激光源
采用MOVPE（金屬氧化物氣相外延）技術制造低可見光半導體激光器具有低功耗、可直接調制、體積小、固體化、重量輕、效率高的優(yōu)點.它一出現(xiàn)即迅速替代了原來使用的上一代產品（He－Ne激光器）.
半導體激光器發(fā)出的光束為非軸對稱的橢圓光束.出射光束垂直于P－W結面方向的發(fā)散角Ｖ⊥≈30°,平行于結面方向的發(fā)散角Ｖ‖≈10°.如采用傳統(tǒng)的光束準直技術,光束會聚點兩邊的橢圓光斑的長、短軸方向將會發(fā)生交換.顯然這將使掃描器只有小的掃描景深.J采用光束準直技術,克服這種交換現(xiàn)象,大大地提高了掃描景深范圍.這種掃描方向垂直.對于單線掃描識讀器,這種橢圓光斑由于對印刷噪聲的不敏感性,將橢圓光束只能應用在單線激光掃描器上.布置光路時,應讓光斑的橢圓長軸方向與光線比下面所說的圓形光斑特性更好.
光學掃描系統(tǒng)
從激光源發(fā)出的激光束還需通過掃描系統(tǒng)形成掃描線或掃描圖案.全角度條碼掃描識讀器一般采用旋轉棱鏡掃描和全息掃描兩種方案.全息掃描系統(tǒng)具有結構緊湊、可靠性高和造價低廉等顯著優(yōu)點.
旋轉棱鏡掃描技術歷史較悠久,技術上較成熟.它利用旋轉棱鏡來掃描光束,用一組折疊平面反射鏡來改變光路實現(xiàn)多方向的掃描光線.還有一些產品使用旋轉棱鏡不同面的楔角不同而形成一個掃描方向上有幾條掃描線.由多向多線的掃描光線組成一個高密度的掃描圖案.這種方法可能帶來的另一個好處是可使激光輻射的危害減輕.
全角度掃描這個概念zui早是為了提高超級市場的流通速度而提出的,并設計了與之相應的UPC條碼.對于UPC碼兩個掃描方向的“X"掃描圖案就已能實現(xiàn)全角度掃描.隨著掃描技術的發(fā)展,條碼應用領域的拓寬以及提高自動化程度的迫切需要,現(xiàn)在正在把全角度掃描這個概念推廣到別的碼制,如39碼、交插25碼等.這些碼制的條碼高寬比較小,為了實現(xiàn)全角度掃描將需要多得多的掃描方向數(shù).為此除旋轉棱鏡外還將需要增加另一個運動元件,例如折疊平面鏡組等.
手持單線掃描器由于掃描速度低、掃描角度較小等原因,能用來實現(xiàn)光束掃描的方案就很多.除采用旋轉棱鏡、擺鏡外,還能通過運動光學系統(tǒng)中的很多部件來達到光束掃描.如通過運動半導體激光器、運動準直透鏡等來實現(xiàn)光束掃描.而產生這些運動的動力元件除直流電機外,還可以是壓電陶瓷和電磁線圈等.這些動力元件具有不易損壞、壽命長和使用方便等優(yōu)點,估計亦將會得到一定的應用.
光接收系統(tǒng)
掃描光束射到條碼符號上后被散射,由接收系統(tǒng)接收足夠多的散射光.在激光全角度掃描識讀器中,普遍采用回向接收系統(tǒng).在這種結構中,接收光束的主光軸就是出射光線軸.這樣,散射光斑始終位于接收系統(tǒng)的軸上.這種結構的瞬時視場極小,可以極大地提高信噪比,還能提高對條碼符號鏡面反射的抑制能力,并且對接收透鏡的要求亦很低.另外,它還能使接收器的敏感面較小.高速光電接收器敏感面積一般都不大,而且小敏感面積的接收器成本亦較低,所以這一點也是很重要的.它的缺點是當掃描光束位于掃描系統(tǒng)各元件邊緣時要產生漸暈現(xiàn)象.除了從結構上采取措施盡量減小漸暈外,還應舍棄特性太差的掃描角度.
全角度掃描識讀器中還普遍采用光學自動增益控制系統(tǒng),使接收到的信號光強度不隨條碼符號的距離遠近而改變.這可以縮小信號的動態(tài)范圍,有利于后續(xù)處理.
手持槍式掃描識讀器具有掃描速度較慢、信號頻率較低等特點.而低響應頻率的接收器如硅光電池具有較大的敏感面積,并且這低頻系統(tǒng)也容易達到較高的信噪比.因此,除可采用上述回向接收方案外還可以采取別的方案.例如可利用半導體激光器的易調制性,將出射激光束以某一較高頻率調制.而后,在電信號處理時再采用同步接收放大技術取出條碼信號.只要調制頻率遠大于條碼信號頻率,它所帶來的條碼寬度誤差將可忽略不計.同步接收技術具有*的抑制噪聲能力,因此就不一定采用回向接收結構.這樣就會給光學接收系統(tǒng)的安排上帶來相當?shù)撵`活性.利用這種靈活性就能使識讀器某些方面的性能得以提高.例如在回向接收方案中,運動元件亦是接收系統(tǒng)的組成部分,要求它具有一定的孔徑大小以保證接收到足夠多的信號光.但是,如果運動元件僅僅起掃描出射光束的作用,就可以做得很小.顯然小的運動元件無論對于選擇動力元件還是提高壽命、可靠性都是極為有利的.