原标题：激光条码扫描枪原理及五部分！
简介：激光条码扫描仪由激光源、光学扫描、光学接收、光电转换、信号放大、整形手术、定量和翻译组成。这些组件将在下面详细讨论。
激光条独特的大景深区域、高扫描速度、宽扫描范围等突出优点，激光条码扫描器得到了广泛的应用。此外，激光全角度激光条码扫描仪广泛应用于自动化程度高、物流量大的各个领域，因为它可以高速扫描和阅读任何方向通过的条码符号。激光条码扫描仪由激光源、光学扫描、光学接收、光电转换、信号放大、整形手术、量化和翻译组成。这些组件将在下面详细讨论。
激光扫描枪的原理
激光扫描枪通过光源扫描条形码，通过条形码黑白条空反射光的巨大差异识别条形码，当扫描条形码时，反射光通过透镜聚集在扫描模块上，通过扫描模块（通常称为扫描枪解码板）将光信号转换为模拟数字信号（即电压，与接收光的强度有关）。我们想要的条码内容可以传输到电脑上。在扫描枪收集光源到解码分析到计算机输入信号的整个过程中，如果条形码不能正确识别，激光源线将始终亮着，这实际上是扫描枪解码的过程，如果解码成功，激光线将自动熄灭。
此时，模拟-数字转换电路将模拟电压转换为数字信号，并将其传输到计算机。颜色用RGB量化三色的8、10、12位，将信号处理成上述位数的图像输出。如果有更高的定量位数，这意味着图像可以有更丰富的层次和深度，但颜色范围已经超出了人眼的识别能力。因此，对于我们来说，更高的扫描枪扫描的效果是颜色连接光滑，可以看到更多的图片细节。
激光扫描枪的组成部分
(一)激光源
采用MOVPE可见光半导体激光器(金属氧化物气相外延)具有功耗低、可直接调制、体积小、重量轻、固体化、可靠性高、效率高等优点。它一出现就迅速取代了原来使用的He－Ne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P－W发散角V的结面方向⊥≈30°，平行于发散角V的结面方向‖≈10°。如果采用传统的光束准直技术，光束两侧椭圆光斑的长短轴方向就会交换。显然，这将使扫描器只有一个小的扫描景深。Jay M.Eastman采用图3所示的光束准直技术，克服了这种交换现象，大大提高了扫描景深的范围。这种椭圆光束只能用于单线激光扫描仪。布置光路时，应让光斑的椭圆长轴方向与光线扫描方向垂直。对于单线激光条码扫描仪，由于对印刷噪声不敏感，这种椭圆光斑将优于下面提到的圆形光斑。
对于全角度条码激光条码扫描器，由于光束有时在扫描和阅读条码时以较大的倾斜角扫描条码。因此，光束光斑不宜做成椭圆形。它通常被整形成圆形。目前常用的整形方案是在准直镜前加一个小圆孔光阑。这种光束特性与小孔的菲涅耳衍射特性非常相似。该方案用于标准尺寸UPC景深可以达到250左右的条码mm到300mm。对于一般商业POS系统就够了。但对于机场行李输送线等需要大景深的场合不够的。目前常用的方案是增加条形码符号的大小或使不同的扫描光聚集在不同的区域形成多焦表面。但更具吸引力的方案是使用特殊的光学准直元件，使其光场具有特殊的分布，具有极小的光束发散角，获得较大的景深。
(二)光学扫描系统
激光源发出的激光束也需要通过扫描系统形成扫描线或扫描图案。全角度条码激光条码扫描仪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、成本低等显著优点。IBM自3687型扫描仪首次应用以来，公司得到了广泛的应用，并不断创新。预计其市场份额将越来越大。
旋转棱镜扫描技术历史悠久，技术成熟。它用旋转棱镜扫描光束，用一组折叠平面反射镜改变光路，实现多向扫描光。目前使用较多MS-700等扫描产品还在扫描方向上形成几条扫描线，使旋转棱镜不同面的楔角不同。高密度扫描图案由多向多线扫描光组成。这种方法的另一个好处是可以减少激光辐射的危害。
全角度扫描的概念最早是为了提高超市的流通速度，并设计了相应的UPC条码。对于UPC代码两个扫描方向X扫描图案可以实现全角度扫描。随着扫描技术的发展，迫切需要扩大条形码应用领域，提高自动化程度。现在，全角度扫描的概念正在推广到其他代码系统，如39码、交插25码等。为了实现全角度扫描，这些码制的条码高宽相对较小，需要更多的扫描方向数。因此，除旋转棱镜外，还需要添加另一个运动元件，如旋转图4中的折叠平面镜组。
由于扫描速度低、扫描角度小等原因，手持单线扫描器可用于实现光束扫描。光束扫描除了旋转棱镜和摆镜外，还可以通过运动光学系统的许多部件进行。如运动半导体激光器、运动准直镜等。除直流电机外，产生这些运动的动力元件还可以是压电陶瓷和电磁线圈。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。
(三)光接收系统
扫描光束射入条码符号后散射，接收系统接收足够的散射光。在激光全角度激光条码扫描器中，普遍采用回向接收系统。在这种结构中，接收光束的主光轴是出射光轴。这样，散射光斑总是位于接收系统的轴上。这种结构的瞬时视场非常小，可以大大提高信噪比，抑制条形码符号镜反射的能力，接收透镜的要求也很低。此外，它还能使接收器的敏感面变小。高速光电接收器的敏感面积一般较小，小敏感面积的接收器成本较低，因此也非常重要。其缺点是扫描光束位于扫描系统各部件的边缘时会逐渐晕倒。除尽量减少结构上的渐晕外，还应放弃特性差的扫描角度。
光学自动增益控制系统也广泛应用于全角度激光条形码扫描仪，使接收到的信号光强度不会随条形码符号的距离而变化。这可以缩小信号的动态范围，有利于后续处理。
手持枪式激光条码扫描仪具有扫描速度慢、信号频率低的特点。硅光电池等低响应频率接收器具有较大的敏感面积，该低频系统也容易达到较高的信噪比。因此，除上述回向接收方案外，还可采用其他方案。例如，可以利用半导体激光器的易调制性，以更高的频率调制出射激光束。然后，在处理电信号时，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，其条码宽度误差就可以忽略不计。同步接收技术具有很高的噪声抑制能力，因此不一定采用回向接收结构。这将给光学接收系统的安排带来相当大的灵活性。使用这种灵活性可以在某些方面提高读者的性能。例如，在回向接收方案中，运动元件也是接收系统的一部分，要求它具有一定的孔径，以确保接收到足够的信号光。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，小型运动元件极有利于选择动力元件、提高寿命和可靠性。
(4）光电转换、信号放大和整形手术
接收到的光信号需要经光电转换器转换成电信号。激光条码扫描器中的条码信号频率为几兆赫至几十兆赫。如此高的信号频率要求光电转换器使用具有高频响应能力的雪崩光电二极管(APO)或PIN光电二极管。全角度激光条码扫描仪一般长期连续使用。为了用户的安全，激光源的射出能量很小。所以最终收到的能量极弱。为了获得较高的信噪比(这是由误码率决定的)，前置放大电路通常由低噪声分立元件组成，以便低噪声放大信号。
手持枪式激光条码扫描仪的信号频率为几十千到几百千赫。硅光电池、光电二极管硅光电池、光电二极管和光电三极管。手持枪式激光条形码扫描具有较强的射光能量和较低的信号频率。此外，前面提到的同步放大技术也可以使用。因此，它对电子元件的特性要求不高。而且由于信号频率低，自动增益控制电路更容易实现。
由于条形码打印的边缘模糊，主要是由于光斑扫描的有限大小和电子线路的低通量特性，信号边缘模糊，通常称为模拟电信号。该信号还必须通过整形电路尽可能准确地恢复边缘，并将其转换为通常称为数字信号。同样，由于信号频率低，手持枪扫描仪将有更多的空间选择整形手术方案。
从上述情况可以看出，高信号频率带来了巨大的技术困难和成本增加。对于具有一定阅读能力的全角度激光条码扫描器，其数据率R与n/(H×Cosα-W×sinα)。其中，n扫描方向数，H、W分别是条码符号的高度和宽度，α条码符号相对扫描图案处于扫描阅读时最不利的角度值，每条扫描线分布均匀 α=π/2n，如 n=2 时 α为45°由于这个公式，我们可以估计它UPC代码，如果采用扫描左右两半并拼接的方案，n3时数据率最低，对于完全贯穿整个条码的解读方案，n5时数据率最低。在设计扫描系统时应考虑这一点。
此外，低速扫描模块也可以组合成一个阵列，以实现全角度高速扫描条形码的性能。显然，该方案更适合在装配线场合使用。
(五)译码
整形电信号量化后，翻译单元翻译所含信息。由于全角度激光条码扫描器数据率高，且大部分为非条码信号和不完整条码信号，因此译码器需要有能力自动识别有效条码信号。因此，它对译码单元的要求要高得多，要求译码单元具有较高的数据处理能力和较大的数据吞吐量。目前，软硬件紧密结合的方法应用广泛。对于UPC、EAN码，译码器还具有左右码段自动拼接功能。然而，这种拼接可能来自两个不同条形码的左半部分和半部分。奇偶和校验位不能保证这种情况不会发生。随着扫描技术的发展，扫描方向数的增加和扫描速度的提高，这种码段拼接功能不是很必要。许多公司的产品为用户选择这个功能提供开关。
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