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激光扫描条码读取器的构成

发布时间:2015-02-09   点击次数:375次

激光扫描条码读取器的构成

激光源 

采用MOVPE(金属氧化物气相外延)技术制造低可见光半导体激光器具有低功耗、可直接调制、体积小、固体化、重量轻、效率高的优点.它一出现即迅速替代了原来使用的上一代产品(HeNe激光器).
半导体激光器发出的光束为非轴对称的椭圆光束.出射光束垂直于PW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.J采用光束准直技术,克服这种交换现象,大大地提高了扫描景深范围.这种扫描方向垂直.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比下面所说的圆形光斑特性更好

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.

 

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.还有一些产品使用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的危害减轻
全角度扫描这个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,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、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

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.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.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

全角度扫描识读器中还普遍采用光学自动增益控制系统,使接收到的信号光强度不随条码符号的距离远近而改变.这可以缩小信号的动态范围,有利于后续处理

手持枪式扫描识读器具有扫描速度较慢、信号频率较低等特点.而低响应频率的接收器如硅光电池具有较大的敏感面积,并且这低频系统也容易达到较高的信噪比.因此,除可采用上述回向接收方案外还可以采取别的方案.例如可利用半导体激光器的易调制性,将出射激光束以某一较高频率调制.而后,在电信号处理时再采用同步接收放大技术取出条码信号.只要调制频率远大于条码信号频率,它所带来的条码宽度误差将可忽略不计.同步接收技术具有极高的抑制噪声能力,因此就不一定采用回向接收结构.这样就会给光学接收系统的安排上带来相当的灵活性.利用这种灵活性就能使识读器某些方面的性能得以提高.例如在回向接收方案中,运动元件亦是接收系统的组成部分,要求它具有一定的孔径大小以保证接收到足够多的信号光.但是,如果运动元件仅仅起扫描出射光束的作用,就可以做得很小.显然小的运动元件无论对于选择动力元件还是提高寿命、可靠性都是极为有利的