大真條碼為你解答條碼掃描器的原理（一）

條碼激光掃描器由于其獨有的大景深區域、高掃描速度、寬掃描范圍等突出優點得到了廣泛的使用。另外，激光全角度掃描識讀器由于能夠高速掃描識讀任意方向通過的條碼符號，被大量使用在各種自動化程度高、物流量大的領域。 激光掃描條碼識讀器由激光源、光學掃描、光學接收、光電轉換、信號放大、整形、量化和譯碼等部分組成。下面將詳細討論這些組成部分。

（一）激光源

采用MOVPE（金屬氧化物氣相外延）技術制造的可見光半導體激光器具有低功耗、可直接調制、體積小、重量輕、固體化、可靠性高、效率高等優點。它一出現即迅速替代了原來使用的He－Ne激光器。半導體激光器發出的光束為非軸對稱的橢圓光束。出射光束垂直于P－W結面方向的發散角Ｖ⊥≈30°，平行于結面方向的發散角Ｖ‖≈10°。如采用傳統的光束準直技術，光束會聚點兩邊的橢圓光斑的長、短軸方向將會發生交換。顯然這將使掃描器只有小的掃描景深。Jay M.Eastman等提出采用的光束準直技術，克服了這種交換現象，大大地提高了掃描景深范圍。這種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，將比下面所說的圓形光斑特性更好。

對于全角度條碼掃描識讀器，由于光束在掃描識讀條碼時，有時以較大傾斜角掃過條碼。因此，光束光斑不宜做成橢圓形。通常都將它整形成圓形。目前常用的整形方案是在準直透鏡前加一小圓孔光闌。此種光束特性可用小孔的菲涅耳衍射特性來很好地近似。采用這種方案，對于標準尺寸UPC條碼，景深能做到大約250mm到300mm。這對于一般商業POS系統已經足夠了。但對如機場行李輸送線等要求大景深的場合，就顯得不夠了。目前常用的方案是增大條碼符號的尺寸或使組成掃描圖案的不同掃描光線會聚于不同區域形成“多焦面”。但是更有吸引力的方案是采用特殊的光學準直元件，使通過它的光場具有特殊的分布從而具有極小的光束發散角，得到較大的景深。

（二）光學掃描系統

從激光源發出的激光束還需通過掃描系統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。全息掃描系統具有結構緊湊、可靠性高和造價低廉等顯著優點。自從IBM公司在3687型掃描器上首先應用以來得到了廣泛的應用，且不斷推陳出新。可以預料，它所占的市場份額將會越來越大。

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多方向的掃描光線。目前使用較多的MS－700等掃描器產品還使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危害減輕。

全角度掃描這個概念最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全角度掃描。隨著掃描技術的發展，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，為了實現全角度掃描將需要多得多的掃描方向數。為此除旋轉棱鏡外還將需要增加另一個運動元件，例如旋轉圖4中的折疊平面鏡組等。

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點，估計亦將會得到一定的應用。

（三）光接收系統

掃描光束射到條碼符號上后被散射，由接收系統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。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各元件邊緣時要產生漸暈現象。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，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范圍，有利于后續處理。

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。同步接收技術具有極高的抑制噪聲能力，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的安排上帶來相當的靈活性。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。