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     今天為大家?guī)?lái)的串口條碼掃描器-光學(xué)應(yīng)用詳解原理及組成部分，激光掃描器是一種光學(xué)距離傳感器，用于危險(xiǎn)區(qū)域的靈活防護(hù)，通過(guò)出入控制，實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)保護(hù)等。它掃描方式有單線(xiàn)掃描、光柵式掃描和全角度掃描三種方式。有興趣的朋友們請(qǐng)看看此文吧！

 串口條碼掃描器激光掃描組成部分

  （一）激光源

     采用MOVPE（金屬氧化物氣相外延）技術(shù)制造的可見(jiàn)光半導(dǎo)體激光器具有低功耗、可直接調(diào)制、體積小、重量輕、固體化、可靠性高、效率高等優(yōu)點(diǎn)。它一出現(xiàn)即迅速替代了原來(lái)使用的He－Ne激光器。

     半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束為非軸對(duì)稱(chēng)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(huì)聚點(diǎn)兩邊的橢圓光斑的長(zhǎng)、短軸方向?qū)?huì)發(fā)生交換。顯然這將使掃描器只有小的掃描景深。

     Jay M．Eastman等提出光束準(zhǔn)直技術(shù)，克服了這種交換現(xiàn)象，大大地提高了掃描景深范圍。這種橢圓光束只能應(yīng)用在單線(xiàn)串口條碼掃描器上。布置光路時(shí)，應(yīng)讓光斑的橢圓長(zhǎng)軸方向與光線(xiàn)掃描方向垂直。對(duì)于單線(xiàn)串口條碼掃描器，這種橢圓光斑由于對(duì)印刷噪聲的不敏感性，將比下面所說(shuō)的圓形光斑特性更好。

     對(duì)于全角度條碼激光條碼掃描器，由于光束在掃描識(shí)讀條碼時(shí)，有時(shí)以較大傾斜角掃過(guò)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(zhǔn)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(lái)很好地近似。采用這種方案，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)尺寸UPC條碼，景深能做到大約250mm到300mm。

     這對(duì)于一般商業(yè)POS系統(tǒng)已經(jīng)足夠了。但對(duì)如機(jī)場(chǎng)行李輸送線(xiàn)等要求大景深的場(chǎng)合，就顯得不夠了。目前常用的方案是增大條碼符號(hào)的尺寸或使組成掃描圖案的不同掃描光線(xiàn)會(huì)聚于不同區(qū)域形成“多焦面”。但是更有吸引力的方案是采用特殊的光學(xué)準(zhǔn)直元件，使通過(guò)它的光場(chǎng)具有特殊的分布從而具有極小的光束發(fā)散角，得到較大的景深。

 （二）光學(xué)掃描系統(tǒng)

     從激光源發(fā)出的激光束還需通過(guò)掃描系統(tǒng)形成掃描線(xiàn)或掃描圖案。全角度條碼激光條碼掃描器一般采用旋轉(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)。自從IBM公司在3687型掃描器上首先應(yīng)用以來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用，且不斷推陳出新。可以預(yù)料，它所占的市場(chǎng)份額將會(huì)越來(lái)越大。

     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(lái)掃描光束，用一組折疊平面反射鏡來(lái)改變光路實(shí)現(xiàn)多方向的掃描光線(xiàn)。目前使用較多的MS－700等掃描器產(chǎn)品還使旋轉(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(xiàn)。由多向多線(xiàn)的掃描光線(xiàn)組成一個(gè)高密度的掃描圖案。這種方法可能帶來(lái)的另一個(gè)好處是可使激光輻射危害減輕。

     全角度掃描這個(gè)概念更早是為了提高超級(jí)市場(chǎng)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(duì)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(dòng)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(dòng)元件，例如旋轉(zhuǎn)圖4中的折疊平面鏡組等。

     手持單線(xiàn)掃描器由于掃描速度低、掃描角度較小等原因，能用來(lái)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(guò)運(yùn)動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)中的很多部件來(lái)達(dá)到光束掃描。如通過(guò)運(yùn)動(dòng)半導(dǎo)體激光器、運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)直透鏡等來(lái)實(shí)現(xiàn)光束掃描。而產(chǎn)生這些運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力元件除直流電機(jī)外，還可以是壓電陶瓷和電磁線(xiàn)圈等。這些動(dòng)力元件具有不易損壞、壽命長(zhǎng)和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，估計(jì)亦將會(huì)得到一定的應(yīng)用。

 （三）光接收系統(tǒng)

     掃描光束射到條碼符號(hào)上后被散射，由接收系統(tǒng)接收足夠多的散射光。在激光全角度激光條碼掃描器中，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(xiàn)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(chǎng)極小，可以極大地提高信噪比，還能提高對(duì)條碼符號(hào)鏡面反射的抑制能力，并且對(duì)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。

     全角度串口條碼掃描器中還普遍采用光學(xué)自動(dòng)增益控制系統(tǒng)，使接收到的信號(hào)光強(qiáng)度不隨條碼符號(hào)的距離遠(yuǎn)近而改變。這可以縮小信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，有利于后續(xù)處理。

     手持槍式激光串口條碼掃描器具有掃描速度較慢、信號(hào)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(hào)處理時(shí)再采用同步接收放大技術(shù)取出條碼信號(hào)。只要調(diào)制頻率遠(yuǎn)大于條碼信號(hào)頻率，它所帶來(lái)的條碼寬度誤差將可忽略不計(jì)。

     同步接收技術(shù)具有極高的抑制噪聲能力，因此就不一定采用回向接收結(jié)構(gòu)。這樣就會(huì)給光學(xué)接收系統(tǒng)的安排上帶來(lái)相當(dāng)?shù)撵`活性。利用這種靈活性就能使識(shí)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(dòng)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(hào)光。但是，如果運(yùn)動(dòng)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(dòng)元件無(wú)論對(duì)于選擇動(dòng)力元件還是提高壽命、可靠性都是極為有利的。

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