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激光扫描枪的扫描原理
2021/12/3 16:42:00
激光条码扫描器由于其独有的大景深区域、高扫描速度、宽扫描范围等突出优点得到了广泛的使用。另外,激光全角度激光条码扫描器由于能够高速扫描识读任意方向通过的条码符号,被大量使用在各种自动化程度高、物流量大的领域。激光条码扫描器由激光源、光学扫描、光学接收、光电转换、信号放大、整形、量化和译码等部分组成,下面将详细讨论这些组成部分。
扫描枪有手持式、滚筒式的,还有是激光的。激光的是一种性能优越的条码扫描设备,通常被分为有线的、无线扫的等类别。在这里主要给大家介绍一下激光扫描枪原理。
它是一种以激光二极管作为光源的单线式条码扫描设备,按照扫描的条形码和应用的不同,被分为一维有线的、二维有线的、一维无线的、二维无线的、扫描平台。 原理是当用户触动电源开关或相应的设备使扫描器通电后,VLD发出红光激光束、穿过扩束透镜被扩束,射到可摆动的反射镜表面反射到条码上形成一个激光点。当反射镜摆动时,根据光学反射原理条码上的激光点位置发生变化、反射镜连续摆动,那么我们会在条码上看到一条红色的激光线,这是视觉暂留现象所致。
激光扫描枪组成部分
1.激光源
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结面方向的发散角V⊥≈30°,平行于结面方向的发散角V‖≈10°。如采用传统的光束准直技术,光束会聚点两边的椭圆光斑的长、短轴方向将会发生交换。显然这将使扫描器只有小的扫描景深。对于全角度条码激光条码扫描器,由于光束在扫描识读条码时,有时以较大倾斜角扫过条码。因此,光束光斑不宜做成椭圆形。通常都将它整形成圆形。目前常用的整形方案是在准直透镜前加一小圆孔光阑。目前常用的方案是增大条码符号的尺寸或使组成扫描图案的不同扫描光线会聚于不同区域形成“多焦面”。但是更有吸引力的方案是采用特殊的光学准直元件,使通过它的光场具有特殊的分布从而具有极小的光束发散角,得到较大的景深。
2.光学扫描系统
从激光源发出的激光束还需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器一般采用旋转棱镜扫描和全息扫描两种方案。旋转棱镜扫描技术历史较悠久,技术上较成熟。它利用旋转棱镜来扫描光束,用一组折叠平面反射镜来改变光路实现多方向的扫描光线。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、运动准直透镜等来实现光束扫描。
3.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,接收光束的主光轴就是出射光线轴。这样,散射光斑始终位于接收系统的轴上。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。手持枪式激光条码扫描器具有扫描速度较慢、信号频率较低等特点。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。
4.光电转换、信号放大及整形
手持枪式激光条码扫描器的信号频率为几十千赫到几百千赫。一般采用硅光电池、光电二极管和光电三极管作为光电转换器件。手持枪式激光条码扫描器出射光能量相对较强,信号频率较低,另外,如前所说还可采用同步放大技术等。因此,它对电子元器件特性要求就不是很高。而且由于信号频率较低,就可以较方便地实现自动增益控制电路。更主要是因为扫描光斑的有限大小和电子线路的低通特性,将使得到的信号边缘模糊,通常称为“模拟电信号”。这种信号还须经整形电路尽可能准确地将边缘恢复出来,变成通常所说的“数字信号”。同样,手持枪式扫描器由于信号频率低,在选择整形方案上将有更多的余地。
5.译码
全角度激光条码扫描器由于数据率高,且得到的绝大多数为非条码信号和不完整条码信号,译码器需要有自动识别有效条码信号的能力。因此它对译码单元的要求高得多,要求译码单元具有极高的数据处理能力和极大的数据吞吐量。随着扫描技术的发展,扫描器扫描方向数的增多和扫描速度的提高,这种码段拼接功能就显得不是非常必要了。