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条码扫描系统组成结构原理

日期:2016年4月14日 17:47
条码扫描系统组成结构原理,扫描系统的主体是光学结构,该结构应该具备以下两个性能:
 
1、具有一个扫描光路,以产生一个光点,该光点在人工或自动控制下能沿某一轨迹作直线运动且通过一个条码符号的左空白区、起始符、数据符、终止符及右空白区。 
2、具有一个条码符号反射光的接收系统,它应能够并擅长接收扫描光点从条码符号上反射回来的漫反射光。 
 
条码扫描系统可采取不同的光源、扫描形式、光路设计来实现上述功能。
 
(1)扫描枪的光源
  条码扫描枪所选用的光源种类很多,主要有半导体光源、激光光源,也有选用白炽灯、闪光灯等光源的。在这里主要介绍半导体发光管和激光器。
 
①半导体发光管
  半导体发光管又称发光二极管,它实际上就是一个由P型半导体和N型半导体组合而成的二极管。当在P-N结上施加正向电压时发光二极管就发出光来,如图2-29(a)和图2-29(b)所示
图2-29 半导体发光二极管
 
②激光器
  激光技术的发展已有30多年的历史,它现已广泛应用于各个领域。激光器的种类很多,早期的条码扫描枪一般采用氦氖激光器作为扫描光源,到了80年代,半导体激光器得到了迅速发展,由于它具有功耗低、体积小、工作电压低、可靠性高、价格低廉这些特点,所以使原来使用的氦氖激光器迅速被取代。
  我们常见的半导体激光器都是些小功率的,体积像一个普通三极管那么大,所以半导体激光器又称激光二极管。因为条码扫描枪普遍采用了激光二极管,所以其体积和成本大大降低,刚开始时,只有只能发出红外激光的激光二极管,90年代后才出现了红色光激光二极管(现在已经有蓝色激光二极管),激光二极管的发展已成为近些年来条码技术发展的重要方面。
 
激光与其它光源相比,有其独特的性质:
1、有很强的方向性。 
2、单色性和相干性极好。其它光源无论采用何种滤波技术也得不到像激光器发出的那样的单色光。 
3、可获得极高的光强度。条码扫描系统采用的都是低功率的激光二极管,使之短暂射入人眼时不会给人眼带来伤害,但它仍具有其他光源难以达到的光照度。 
 
(2)扫描方式
扫描枪扫描识读条码符号主要方式分为手动扫描、自动扫描及CCD扫描。
①手动扫描 
  手动扫描比较简单,扫描枪内部不带有扫描装置,发射的照明光束的位置相对于扫描枪固定,完成扫描过程需要手持条码扫描枪扫过条码符号,这种条码扫描枪属于固定光束扫描枪。光笔和大多数卡式条码阅读器都采用这种扫描方式。光笔扫描示意图见图2-30。
图2-30光笔的扫描示意图
 
②自动扫描
  自动扫描是指条码扫描枪内部含有使扫描光束做扫描运动的装置,如旋转镜组、摆镜等。自动扫描的扫描光源为激光,图2-31所示的为自动扫描的基本原理图。
 
图2-31自动扫描的基本原理
 
  图中,扫描光束从激光器(LS)发出,穿过半反透镜面(BSP),再通过周期性旋转的棱镜(PG)的各反射镜面,形成激光束的扫描运动。与此同时,照明光点在条码符号上的反射光通过旋转棱镜的镜面,经半反透镜面(BSP)反射,经过会聚透镜汇聚的光电探测器上。在这个扫描结构中,激光的扫描光束未经过接收光的透镜系统,保持着激光光束细窄、光能集中的特点。但在透镜系统外,激光光束和接收系统的光轴保持重合,这样就保证了激光的照明点就是探测器的接收点。
  手持激光条码扫描枪的扫描装置一般用摆镜代替棱镜,在内部震动线圈的驱动下摆动,实现扫描。而在超级市场中的全向激光扫描枪注一般采用旋转棱镜扫描和全息扫描两种方案。这两种扫描方式都能产生多个方向、多个位置的扫描。
图2-32旋转棱镜扫描结构示意图
 
  在图中的扫描光路中,每一个平面镜和棱形旋转镜的多个镜面(图中是6个)组合就能形成某一个方向上的多条扫描线。三个平面镜和旋转镜面的组合就构成了三个方向上的多线扫描。而扫描光点经平面镜、旋转镜面原路返回,再由复合物镜汇聚到光电探测器上。
  全息扫描的扫描原理更加新颖,其扫描装置为一个旋转的全息盘,这种全息盘代替了上面的旋转棱镜。图2-33所示的是一个反射式全息扫描的结构示意图。
图2-33反射式全息扫描结构示意图
 
  全息扫描基本过程为:激光束①射到全息盘②,旋转的全息盘实现光束扫描,然后扫描线扫过条码符号③,最后反射光信号返回全息盘②,通过全息透镜汇聚到光电探测器④上。
  在该全息盘上,有多达20个扫描透镜,加上和多个平面反射镜的配对,它能扫除多达100条的扫描光线。经过设计,它特别擅长在多个距离上实现多方向多线扫描。另外全息扫描装置具有结构紧凑、可靠性高和造价低廉等显著优点。
③CCD扫描
       CCD(Charge Coupled Device)——电荷耦合装置是一种电子自动扫描的光电探测器,由光电二极管构成条码扫描枪首先将条码符号的整个图像呈现在线阵的CCD上,然后CCD对其上的光信号进行光电转换并进行自动扫描,并不需要增加任何运动机构,所以它是一种特殊的自动扫描。
 
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