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激光掃描條碼讀取器的構(gòu)成
激光掃描條碼讀取器的構(gòu)成
激光源
采用MOVPE（金屬氧化物氣相外延）技術(shù)制造低可見光半導(dǎo)體激光器具有低功耗、可直接調(diào)制、體積小、固體化、重量輕、效率高的優(yōu)點(diǎn).它一出現(xiàn)即迅速替代了原來使用的上一代產(chǎn)品（He－Ne激光器）.
半導(dǎo)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(jié)面方向的發(fā)散角Ｖ⊥≈30°,平行于結(jié)面方向的發(fā)散角Ｖ‖≈10°.如采用傳統(tǒng)的光束準(zhǔn)直技術(shù),光束會聚點(diǎn)兩邊的橢圓光斑的長、短軸方向?qū)l(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(zhǔn)直技術(shù),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(yīng)用在單線激光掃描器上.布置光路時(shí),應(yīng)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(xué)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(zhuǎn)棱鏡掃描和全息掃描兩種方案.全息掃描系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高和造價(jià)低廉等顯著優(yōu)點(diǎn).
旋轉(zhuǎn)棱鏡掃描技術(shù)歷史較悠久,技術(shù)上較成熟.它利用旋轉(zhuǎn)棱鏡來掃描光束,用一組折疊平面反射鏡來改變光路實(shí)現(xiàn)多方向的掃描光線.還有一些產(chǎn)品使用旋轉(zhuǎn)棱鏡不同面的楔角不同而形成一個(gè)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(gè)高密度的掃描圖案.這種方法可能帶來的另一個(gè)好處是可使激光輻射的危害減輕.
全角度掃描這個(gè)概念zui早是為了提高超級市場的流通速度而提出的,并設(shè)計(jì)了與之相應(yīng)的UPC條碼.對于UPC碼兩個(gè)掃描方向的“X"掃描圖案就已能實(shí)現(xiàn)全角度掃描.隨著掃描技術(shù)的發(fā)展,條碼應(yīng)用領(lǐng)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(gè)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(shí)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(zhuǎn)棱鏡外還將需要增加另一個(gè)運(yùn)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(shí)現(xiàn)光束掃描的方案就很多.除采用旋轉(zhuǎn)棱鏡、擺鏡外,還能通過運(yùn)動光學(xué)系統(tǒng)中的很多部件來達(dá)到光束掃描.如通過運(yùn)動半導(dǎo)體激光器、運(yùn)動準(zhǔn)直透鏡等來實(shí)現(xiàn)光束掃描.而產(chǎn)生這些運(yùn)動的動力元件除直流電機(jī)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(diǎn),估計(jì)亦將會得到一定的應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的瞬時(shí)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(diǎn)也是很重要的.它的缺點(diǎn)是當(dāng)掃描光束位于掃描系統(tǒng)各元件邊緣時(shí)要產(chǎn)生漸暈現(xiàn)象.除了從結(jié)構(gòu)上采取措施盡量減小漸暈外,還應(yīng)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(xué)自動增益控制系統(tǒng),使接收到的信號光強(qiáng)度不隨條碼符號的距離遠(yuǎn)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(diǎn).而低響應(yīng)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(dá)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(dǎo)體激光器的易調(diào)制性,將出射激光束以某一較高頻率調(diào)制.而后,在電信號處理時(shí)再采用同步接收放大技術(shù)取出條碼信號.只要調(diào)制頻率遠(yuǎn)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(jì).同步接收技術(shù)具有*的抑制噪聲能力,因此就不一定采用回向接收結(jié)構(gòu).這樣就會給光學(xué)接收系統(tǒng)的安排上帶來相當(dāng)?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(yùn)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(yùn)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(yùn)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.