激光(guāng)掃描條碼識讀器的(de)構成

分(fēn)享到：

掃描條碼識讀器由于其獨有的(de)大(dà)景深區域、高(gāo)掃描速度、寬掃描範圍等突出優點得(de)到了(le)廣泛的(de)使用(yòng)。另外，激光(guāng)全角度掃描識讀器由于能夠高(gāo)速掃描識讀任意方向通(tōng)過的(de)條碼符号，被大(dà)量使用(yòng)在各種自動化(huà)程度高(gāo)、物(wù)流量大(dà)的(de)領域。 激光(guāng)掃描條碼識讀器由激光(guāng)源、光(guāng)學掃描、光(guāng)學接收、光(guāng)電轉換、信号放大(dà)、整形、量化(huà)和(hé)譯碼等部分(fēn)組成。下(xià)面将詳細討(tǎo)論這些組成部分(fēn)。 激光(guāng)源 采用(yòng)MOVPE（金屬氧化(huà)物(wù)氣相外延）技術制造的(de)可(kě)見光(guāng)半導體激光(guāng)器具有低功耗、可(kě)直接調制、體積? ⒅亓殼帷⒐燙寤⒖煽啃願摺⑿矢叩扔諾恪Ｋ懷鱿旨囪杆偬娲嗽詞褂玫腍e－Ne激光(guāng)器。 半導體激光(guāng)器發出的(de)光(guāng)束爲非軸對稱的(de)橢圓光(guāng)束。出射光(guāng)束垂直于P－W結面方向的(de)發散角Ｖ⊥≈30°，平行于結面方向的(de)發散角Ｖ‖≈10°。如采用(yòng)傳統的(de)光(guāng)束準直技術，光(guāng)束會聚點兩邊的(de)橢圓光(guāng)斑的(de)長、短軸方向将會發生交換。顯然這将使掃描器隻有小的(de)掃描景深。Jay M.Eastman等提出采用(yòng)光(guāng)束準直技術，克服了(le)這種交換現象，大(dà)大(dà)地提高(gāo)了(le)掃描景深範圍。這種掃描方向垂直。對于單線掃描識讀器，這種橢圓光(guāng)斑由于對印刷噪聲的(de)不敏感性，将橢圓光(guāng)束隻能應用(yòng)在單線激光(guāng)掃描器上。布置光(guāng)路時，應讓光(guāng)斑的(de)橢圓長軸方向與光(guāng)線比下(xià)面所說的(de)圓形光(guāng)斑特性更好。 對于全角度條碼掃描識讀器，由于光(guāng)束在掃描識讀條碼時，有時以較大(dà)傾斜角掃過條碼。因此，光(guāng)束光(guāng)斑不宜做(zuò)成橢圓形。通(tōng)常都将它整形成圓形。目前常用(yòng)的(de)整形方案是在準直透鏡前加一小圓孔光(guāng)闌。此種光(guāng)束特性可(kě)用(yòng)小孔的(de)菲涅耳衍射特性來很好地近似。采用(yòng)這種方案，對于标準尺寸UPC條碼，景深能做(zuò)到大(dà)約250mm到300mm。這對于一般商業POS系統已經足夠了(le)。但對如機場行李輸送線等要求大(dà)景深的(de)場合，就顯得(de)不夠了(le)。目前常用(yòng)的(de)方案是增大(dà)條碼符号的(de)尺寸或使組成掃描圖案的(de)不同掃描光(guāng)線會聚于不同區域形成“多(duō)焦面”。但是更有吸引力的(de)方案是采用(yòng)特殊的(de)光(guāng)學準直元件，使通(tōng)過它的(de)光(guāng)場具有特殊的(de)分(fēn)布從而具有極小的(de)光(guāng)束發散角，得(de)到較大(dà)的(de)景深。 光(guāng)學掃描系統 從激光(guāng)源發出的(de)激光(guāng)束還需通(tōng)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(yòng)旋轉棱鏡掃描和(hé)全息掃描兩種方案。全息掃描系統具有結構緊湊、可(kě)靠性高(gāo)和(hé)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(yòng)以來得(de)到了(le)廣泛的(de)應用(yòng)，且不斷推陳出新。可(kě)以預料，它所占的(de)市場份額将會越來越大(dà)。 旋轉棱鏡掃描技術曆史較悠久，技術上較成熟。它利用(yòng)旋轉棱鏡來掃描光(guāng)束，用(yòng)一組折疊平面反射鏡來改變光(guāng)路實現多(duō)方向的(de)掃描光(guāng)線。目前使用(yòng)較多(duō)的(de)MS－700等掃描器産品還使旋轉棱鏡不同面的(de)楔角不同而形成一個掃描方向上有幾條掃描線。由多(duō)向多(duō)線的(de)掃描光(guāng)線組成一個高(gāo)密度的(de)掃描圖案。這種方法可(kě)能帶來的(de)另一個好處是可(kě)使激光(guāng)輻射危害減輕。 全角度掃描這個概念最早是爲了(le)提高(gāo)超級市場的(de)流通(tōng)速度而提出的(de)，并設計了(le)與之相應的(de)UPC條碼。對于UPC碼兩個掃描方向的(de)“X”掃描圖案就已能實現全角度掃描。随著(zhe)掃描技術的(de)發展，條碼應用(yòng)領域的(de)拓寬以及提高(gāo)自動化(huà)程度的(de)迫切需要，現在正在把全角度掃描這個概念推廣到别的(de)碼制，如39碼、交插25碼等。這些碼制的(de)條碼高(gāo)寬比較小，爲了(le)實現全角度掃描将需要多(duō)得(de)多(duō)的(de)掃描方向數。爲此除旋轉棱鏡外還将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(yòng)來實現光(guāng)束掃描的(de)方案就很多(duō)。除采用(yòng)旋轉棱鏡、擺鏡外，還能通(tōng)過運動光(guāng)學系統中的(de)很多(duō)部件來達到光(guāng)束掃描。如通(tōng)過運動半導體激光(guāng)器、運動準直透鏡等來實現光(guāng)束掃描。而産生這些運動的(de)動力元件除直流電機外，還可(kě)以是壓電陶瓷和(hé)電磁線圈等。這些動力元件具有不易損壞、壽命長和(hé)使用(yòng)方便等優點，估計亦将會得(de)到一定的(de)應用(yòng)。 光(guāng)接收系統 掃描光(guāng)束射到條碼符号上後被散射，由接收系統接收足夠多(duō)的(de)散射光(guāng)。在激光(guāng)全角度掃描識讀器中，普遍采用(yòng)回向接收系統。在這種結構中，接收光(guāng)束的(de)主光(guāng)軸就是出射光(guāng)線軸。這樣，散射光(guāng)斑始終位于接收系統的(de)軸上。這種結構的(de)瞬時視場極小，可(kě)以極大(dà)地提高(gāo)信噪比，還能提高(gāo)對條碼符号鏡面反射的(de)抑制能力，并且對接收透鏡的(de)要求亦很低。另外，它還能使接收器的(de)敏感面較? ８咚俟獾缃郵掌髅舾忻婊話愣疾淮螅倚∶舾忻婊慕郵掌鞒殺疽嘟系停哉庖壞阋彩嗆苤匾摹Ｋ娜鋇闶塹鄙韫馐揮谏柘低掣髟咴凳币ピ蝸窒蟆３舜詠峁股喜扇〈胧┚×考跣〗ピ甕猓褂ι崞匦蘊畹納杞嵌取? 全角度掃描識讀器中還普遍采用(yòng)光(guāng)學自動增益控制系統，使接收到的(de)信号光(guāng)強度不随條碼符号的(de)距離遠近而改變。這可(kě)以縮小信号的(de)動态範圍，有利于後續處理(lǐ)。 手持槍式掃描識讀器具有掃描速度較慢(màn)、信号頻率較低等特點。而低響應頻率的(de)接收器如矽光(guāng)電池具有較大(dà)的(de)敏感面積，并且這低頻系統也(yě)容易達到較高(gāo)的(de)信噪比。因此，除可(kě)采用(yòng)上述回向接收方案外還可(kě)以采取别的(de)方案。例如可(kě)利用(yòng)半導體激光(guāng)器的(de)易調制性，将出射激光(guāng)束以某一較高(gāo)頻率調制。而後，在電信号處理(lǐ)時再采用(yòng)同步接收放大(dà)技術取出條碼信号。隻要調制頻率遠大(dà)于條碼信号頻率，它所帶來的(de)條碼寬度誤差将可(kě)忽略不計。同步接收技術具有極高(gāo)的(de)抑制噪聲能力，因此就不一定采用(yòng)回向接收結構。這樣就會給光(guāng)學接收系統的(de)安排上帶來相當的(de)靈活性。利用(yòng)這種靈活性就能使識讀器某些方面的(de)性能得(de)以提高(gāo)。例如在回向接收方案中，運動元件亦是接收系統的(de)組成部分(fēn)，要求它具有一定的(de)孔徑大(dà)小以保證接收到足夠多(duō)的(de)信号光(guāng)。但是，如果運動元件僅僅起掃描出射光(guāng)束的(de)作用(yòng)，就可(kě)以做(zuò)得(de)很? Ｏ勻恍〉腦碩蘼鄱雜谘≡穸υ故翹岣呤倜⒖煽啃遠際羌欣摹? 光(guāng)電轉換、信号放大(dà)及整形 接收到的(de)光(guāng)信号需要經光(guāng)電轉換器轉換成電信号。全角度掃描識讀器中的(de)條碼信号頻率爲幾兆赫到幾十兆赫。這麽高(gāo)的(de)信号頻率要求光(guāng)電轉換器使用(yòng)具有高(gāo)頻率響應能力的(de)雪(xuě)崩光(guāng)電二極管(APO)或PIN光(guāng)電二極管。全角度掃描識讀器一般都是長時間連續使用(yòng)，爲了(le)使用(yòng)者安全，要求激光(guāng)源出射能量較? Ｒ虼俗詈蠼郵盞降哪芰考酢Ｎ說玫澆細叩男(nán)旁氡齲ㄕ庥晌舐肼示龆ǎǔ６疾捎玫馱肷姆至⒃槌汕爸(bà)梅糯蟮缏防吹馱肷胤糯笮藕擰? 手持槍式掃描識讀器的(de)信号頻率爲幾十千赫到幾百千赫。一般采用(yòng)矽光(guāng)電池、光(guāng)電二極管和(hé)光(guāng)電三極管作爲光(guāng)電轉換器件。手持槍式掃描識讀器出射光(guāng)能量相對較強，信号頻率較低，另外，如前所說還可(kě)采用(yòng)同步放大(dà)技術等。因此，它對電子元器件特性要求就不是很高(gāo)。而且由于信号頻率較低，就可(kě)以較方便地實現自動增益控制電路。 由于條碼印刷時的(de)邊緣模糊性，更主要是因爲掃描光(guāng)斑的(de)有限大(dà)小和(hé)電子線路的(de)低通(tōng)特性，将使得(de)到的(de)信号邊緣模糊，通(tōng)常稱爲“模拟電信号”。這種信号還須經整形電路盡可(kě)能準确地将邊緣恢複出來，變成通(tōng)常所說的(de)“數字信号”。同樣，手持槍式掃描器由于信号頻率低，在選擇整形方案上将有更多(duō)的(de)餘地。 從上面所說的(de)情況中，我們可(kě)以看到高(gāo)信号頻率帶來了(le)技術上的(de)很大(dà)困難和(hé)成本上的(de)提高(gāo)。對于具有一定識讀能力的(de)全角度掃描識讀器，它的(de)數據率R正比于n/(H×Cosα-W×sinα)。其中，n爲掃描方向數，H、W分(fēn)别爲條碼符号的(de)高(gāo)度、寬度，α爲條碼符号相對掃描圖案處于最不利于掃描識讀時的(de)角度值，對于各掃描線均勻分(fēn)布的(de)情況 α=π/2n，如 n=2 時 α爲45°由這個式子我們可(kě)估算(suàn)對于UPC碼，如果采用(yòng)掃描左半部和(hé)右半部并進行拼接的(de)方案，n爲3時數據率最低，對于完全貫穿整個條碼才識讀的(de)方案，n爲5時數據率将最低。在設計掃描系統時需對此予以考慮。 另外，也(yě)可(kě)以采用(yòng)低速的(de)掃描模塊組合成一個陣列來達到全角度高(gāo)速掃描條碼的(de)性能。顯然，這種方案較宜應用(yòng)于流水(shuǐ)線場合中。 譯 碼 整形後的(de)電信号經過量化(huà)後，由譯碼單元譯出其中所含信息。全角度掃描識讀器由于數據率高(gāo)，且得(de)到的(de)絕大(dà)多(duō)數爲非條碼信号和(hé)不完整條碼信号，譯碼器需要有自動識别有效條碼信号的(de)能力。因此它對譯碼單元的(de)要求高(gāo)得(de)多(duō)，要求譯碼單元具有極高(gāo)的(de)數據處理(lǐ)能力和(hé)極大(dà)的(de)數據吞吐量。目前普遍采用(yòng)軟、硬件緊密結合的(de)方法。對于UPC、EAN碼，譯碼器還要有左、右碼段自動拼接功能。不過這種拼接可(kě)能将來自兩個不同條碼的(de)左半部和(hé)有半部拼接起來。奇偶性和(hé)校驗位并不能保證這種情況一定不會發生。随著(zhe)掃描技術的(de)發展，掃描器掃描方向數的(de)增多(duō)和(hé)掃描速度的(de)提高(gāo)，這種碼段拼接功能就顯得(de)不是非常必要了(le)。不少公司的(de)産品都提供一個開關讓用(yòng)戶自己來取舍這個功能。 上面詳細論述了(le)激光(guāng)掃描識讀器的(de)各組成部分(fēn)及其單元技術，并對全角度掃描識讀器和(hé)手持槍式掃描器的(de)技術特點作了(le)一些比較。但是随著(zhe)激光(guāng)掃描識讀技術的(de)發展，上面所作的(de)對比也(yě)不是絕對的(de)，如NCR公司就已将全角度掃描模塊放到手持槍式掃描器中，槍式掃描器的(de)功能已越來越強大(dà)。激光(guāng)掃描識讀技術目前發展非常迅速，各種新技術、新觀念不斷出現，有大(dà)量的(de)工作需要條碼工作者們去做(zuò)。