激光阅读器(扫描器)介绍
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,如39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,例如旋转图4中的折叠平面镜组等。
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(图5)、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(图4)。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(图6)。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。
光电转换、信号放大及整形
接收到的光信号需要经光电转换器转换成电信号。全角度扫描识读器中的条码信号频率为几兆赫到几十兆赫。这么高的信号频率要求光电转换器使用具有高频率响应能力的雪崩光电二极管(APO)或PIN光电二极管。全角度扫描识读器一般都是长时间连续使用,为了使用者安全,要求激光源出射能量较小。因此最后接收到的能量极弱。为了得到较高的信噪比(这由误码率决定),通常都采用低噪声的分立元件组成前置放大电路来低噪声地放大信号。
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