激光條碼（mǎ）掃描器由於其獨有（yǒu）的大景深區域、高掃描速度、寬掃描範圍等突出優（yōu）點得到了（le）廣泛的使用。另外，激光全角度激光條碼掃描器由於能夠高速掃描識讀任意方向通過（guò）的條碼符號，被大量使用在各種自動化程度高、物流（liú）量大的領域。激光（guāng）條碼掃描（miáo）器由激光（guāng）源、光學掃描、光學接（jiē）收、光電（diàn）轉（zhuǎn）換、信號放大、整形、量化和譯（yì）碼等部分組成，下麵將詳細討論這些組成部（bù）分。
激光掃描槍原理
激光掃描槍通過打出的光（guāng）源來掃描條碼（mǎ），通過條碼的（de）黑白條空（kōng）所（suǒ）反射的光的巨大差別來識別條（tiáo）碼，當掃描一組條碼（mǎ）的時候，光源照射到條碼上（shàng）後反射光穿過透鏡集聚到掃描模組上，由掃描模組（zǔ）（俗稱掃描槍解碼板）把光信號變換成模（mó）擬數字信號（hào）（即電壓，它與接受到的光的強度有關）。即可傳輸到（dào）電腦上就是（shì）我們想要的條碼內容。在這個掃描槍整個采集光源到解碼（mǎ）分析轉變成（chéng）電腦輸入信號的過程當中，如果條碼無法正確的識（shí）別到，激光源線會一直亮（liàng）著，這其實是（shì）掃描槍一直（zhí）在解碼的過程，如果解碼成功，激光線（xiàn）就自動（dòng）滅掉。
這時候模擬——數字轉換電路把模擬電壓轉換成數字訊號，傳送到電腦（nǎo）。顏色（sè）用RGB三色的8、10、12位來量化，既把信號處理成上述位數的圖像輸出（chū）。如（rú）果有更高的量化位數，意味著圖像能有更豐富的層次和深度，但顏色範圍已超出人眼的（de）識別能力，所以在可分辨的範圍內對於我們來說，更高位數的掃描槍掃描出來（lái）的效（xiào）果就是顏色（sè）銜接平滑，能夠看到更多的畫麵細節。
激光掃描槍組成部（bù）分（fèn）
（一）激光源
采用MOVPE（金（jīn）屬氧化物氣相外延）技術製造的可見光半導體激光器具有低功耗、可直接（jiē）調製、體積小（xiǎo）、重量輕、固體化、可靠性高、效率高等優點。它一（yī）出現即迅速替代了原來使用的He——Ne激光器。
半導體激光器發出的光束為非軸對稱（chēng）的橢圓光束。出射光束垂直於（yú）P——W結麵方向（xiàng）的發散角Ｖ⊥≈30°，平行於結麵（miàn）方向的發散角Ｖ‖≈10°。如采用傳統的光束準直技術，光束會聚（jù）點兩邊（biān）的橢圓光斑的長、短軸方（fāng）向將會發生交換。顯然這將使掃描器隻（zhī）有小的掃描景深。Jay M．Eastman等提（tí）出采用圖3所示的（de）光束準直技術，克服了這種交換現象，大大地提高了掃（sǎo）描景深範圍。這種橢圓（yuán）光束隻（zhī）能應用在單線（xiàn）激光掃描器上。布置光路時，應讓（ràng）光斑的橢（tuǒ）圓（yuán）長軸方向與光線掃描方（fāng）向垂直。對於單線激光條碼掃描器，這種橢圓光斑由於對印刷噪聲的不敏感性，將比下麵所說的（de）圓形光斑特性（xìng）更好。
對於全角度條碼激（jī）光條碼掃描器，由於光束在掃描識讀條碼時，有時以較（jiào）大傾斜角（jiǎo）掃過條碼。因此，光束光斑不宜做成橢圓形。通常都將它整（zhěng）形（xíng）成圓形。目前常用（yòng）的整形方案是在準直透鏡（jìng）前加一小圓孔光闌。此種光束特性可（kě）用小孔的菲涅耳衍射特性來很好地近似。采用（yòng）這種方案（àn），對於標準尺寸UPC條碼，景深能做到（dào）大約250mm到300mm。這對於一（yī）般商業POS係統已經足夠了。但對如機場（chǎng）行李輸送線等要求大景深的場合，就（jiù）顯得（dé）不夠了。目前常用的方案是增大條碼（mǎ）符號的尺寸或使組成掃描圖案的不同掃描光線會聚於不同區域形成“多焦麵”。但是更有吸引力的方案是采用特殊的光學準直元件，使通過它的（de）光場具有特殊（shū）的分布從而具有極小（xiǎo）的光束發（fā）散角，得（dé）到較大的（de）景深。
（二）光學（xué）掃描係統（tǒng）
從（cóng）激光源發出的激光束還需通過掃描係統形成掃描（miáo）線或掃描圖案。全角度條碼激光條碼掃描器一般采用旋轉棱鏡掃描和全息掃描（miáo）兩種方案（àn）。全息掃描（miáo）係統具有結構緊湊、可靠（kào）性高和造價（jià）低廉等顯著優點。自從IBM公司在3687型掃描器上首先應用以（yǐ）來得到了廣泛的應用，且不斷推陳出新。可以預料，它（tā）所占的市場份額（é）將會越來越大。
旋轉棱鏡掃描技術曆史（shǐ）較悠久，技術上較成熟。它利用旋轉棱鏡來掃描光束，用一組折疊平麵反射鏡來改變光路實現多方向的掃描光線。目前使用較多的MS——700等掃描器產品還使旋轉棱鏡不同麵的楔角不同而形成一個掃描方向（xiàng）上有幾條掃描線（xiàn）。由多向多線（xiàn）的掃描光線（xiàn）組成一個高密度的掃描圖案。這種方法可能帶來的另一個好處（chù）是可使激（jī）光（guāng）輻射（shè）危害減輕。
全角（jiǎo）度掃描這個概念最早是為了（le）提高超級市場（chǎng）的流通速度而提出（chū）的，並設計了與之相應的UPC條碼。對於UPC碼（mǎ）兩個掃描方向的“X”掃描圖（tú）案就已能實現全角度掃描。隨著掃描技術的發展，條碼應用領域的拓寬以及提高自動化程度（dù）的迫切需要，現在正在把全角度掃描這個（gè）概念推廣到別（bié）的碼製，如39碼、交插25碼等。這些碼製（zhì）的條碼高寬比較小，為了實現全角度掃描將需要多得多（duō）的掃描（miáo）方向數。為此除旋轉棱鏡外還將需要（yào）增加另一個運動元（yuán）件。
手持單線掃（sǎo）描器由於掃描速度低（dī）、掃描角度較（jiào）小等原因，能用來實現（xiàn）光束掃（sǎo）描的方案就很多。除采（cǎi）用旋轉棱（léng）鏡（jìng）、擺鏡外，還（hái）能通過運動光學係統中的很多部件來達到光束（shù）掃描。如通過運動半導體激光器、運動準直透鏡等來（lái）實現光束掃描。而產生這些運動的動力元件除直流電機外，還可以是壓電陶（táo）瓷和電磁線（xiàn）圈等。這些動力元件具有不易損壞、壽命（mìng）長和使用方便等優點，估計亦將會得（dé）到一定的（de）應用。
（三）光（guāng）接收係（xì）統
掃描光束射到條碼符號上後被散（sàn）射，由接收係統接收足（zú）夠多的散射光。在激光（guāng）全角度激（jī）光條碼掃（sǎo）描器中，普遍采（cǎi）用回向接收係統。在這種結構中，接收光束（shù）的（de）主光軸（zhóu）就是出射光線軸。這樣，散射（shè）光斑始終（zhōng）位於接（jiē）收係統的軸上（shàng）。這種結構的瞬時（shí）視場極小，可以極大（dà）地提高信噪比（bǐ），還能提高對（duì）條碼符號鏡麵反射的抑製能力，並且對接收透鏡的（de）要求亦很低。另外，它還能使接收器的敏感麵（miàn）較小。高速（sù）光（guāng）電接收器敏（mǐn）感麵積一般都不大，而且小敏感麵積的接（jiē）收器成本亦較低，所以這一點也是很重（chóng）要的。它的缺點是當掃描光束位於掃（sǎo）描係統各元件邊緣（yuán）時要產生漸暈現象（xiàng）。除了（le）從結構上（shàng）采取措施盡量減小漸暈（yūn）外，還應舍棄特性太差的掃描角度。
全角度激光條碼掃描（miáo）器中還（hái）普遍采用光（guāng）學自（zì）動增益控（kòng）製（zhì）係統，使接收（shōu）到的信號光強度不隨條碼符號（hào）的距離遠近而改（gǎi）變。這（zhè）可（kě）以縮小信號的動態範圍，有利於後續（xù）處理。
手持槍式激光條碼掃描器具有掃描速度（dù）較慢、信號頻率較低等特點（diǎn）。而低響應頻率的接收器如矽光電（diàn）池具有較大的敏感麵積，並且（qiě）這低頻係統也容易達到（dào）較高的信噪比。因此，除可采用上述回向（xiàng）接收方案（àn）外還可以采取別的方案（àn）。例如（rú）可利用半導體激光器的易調製性，將出射激光束以某一較高頻率調製。而後，在電（diàn）信號處理（lǐ）時再采用同步接收（shōu）放大技術取出條碼信號。
隻要調（diào）製頻（pín）率遠大於條碼信號頻率，它所帶來的條碼寬（kuān）度誤差將可忽略不計。同（tóng）步（bù）接收技術具有極（jí）高的（de）抑製噪（zào）聲能力，因（yīn）此（cǐ）就不一定采（cǎi）用回向接收結構。這樣（yàng）就會給（gěi）光學接收係統的安排上帶來相當的靈活性。利用這（zhè）種靈活（huó）性就能使識讀器某些方麵的性能得以提高。例如在回向接收（shōu）方案中，運動元件亦是接收係統的組成部分，要求它具有一（yī）定的孔徑大小以保證接收到足夠多的信號光（guāng）。但是，如果運動元件僅僅（jǐn）起掃描出射光束的作用，就可以做得很小。顯然小的運動元件無論對於（yú）選擇動力元件還是提高壽命、可（kě）靠性都是極為有利的。
（四）光電轉換、信號放大（dà）及整形
接收（shōu）到的（de）光信號需要經光（guāng）電轉換器轉換（huàn）成（chéng）電信號。全角度激光條碼掃描器中的條碼信號（hào）頻率為幾兆赫到幾（jǐ）十兆赫。這麽高的信號（hào）頻率要求光電轉換器使用具有高頻（pín）率響應能力的雪崩光電二極管（APO）或PIN光電二極管。全角度激光條碼（mǎ）掃描器一般都是長時間連續使用，為了使用者安全，要求激光源出射能量較小（xiǎo）。因此最後接（jiē）收到（dào）的能（néng）量極弱。為了得（dé）到較高的信噪比（這由誤碼率決定），通常都采用低噪聲的分立（lì）元（yuán）件組（zǔ）成前置放大電路來低噪聲地放大信（xìn）號。
手（shǒu）持槍式（shì）激光條（tiáo）碼掃描器的信號頻率為幾十千赫到幾百千赫。一般采用矽光電池、光電二極管和光電三極（jí）管作為光電轉（zhuǎn）換器（qì）件。手持槍式激光條碼掃描器出射光能量相對較強，信號頻率較低，另外，如前所說還可采用同步放大技術（shù）等。因此，它對電子（zǐ）元器件（jiàn）特性要求就不是很高（gāo）。而且由於（yú）信號頻率較低，就可（kě）以（yǐ）較（jiào）方便地實現自動增（zēng）益（yì）控製電路。
由於條碼印刷時（shí）的（de）邊緣模糊（hú）性，更主要是因為掃描光斑的有限大小和電子線路的（de）低（dī）通特性，將使得到的信號邊緣模糊，通常稱為“模擬（nǐ）電信號”。這種信號還須（xū）經整形電（diàn）路盡可（kě）能準確地將邊緣恢複出（chū）來，變成通常所（suǒ）說的“數字信號”。同樣，手持槍式掃描器由於信號頻率低，在選擇整形方案上將有更多的餘地。
從上麵所說的情況中，我們可以（yǐ）看到高信號頻率帶來了技術上的很大困難和（hé）成本上的提高。對於具（jù）有一定識讀能力的全角度激光條碼掃描器，它的數據率R正比於n／（H×Cosα——W×sinα）。其中，n為掃描方向數，H、W分別（bié）為條碼符號的高度、寬度，α為條碼符號相（xiàng）對掃描圖案處於最（zuì）不利於掃描識讀時的角度值，對於各（gè）掃描線均勻（yún）分布的情況 α＝π／2n，如 n＝2 時 α為45°由這個式子我們可估算對於UPC碼，如果采用掃描左半部和右半（bàn）部並進行拚接的（de）方案，n為3時（shí）數據率（lǜ）最低（dī），對於（yú）完全貫穿整個條碼才識（shí）讀（dú）的方案，n為5時數據率將最低。在設計掃描係統時需（xū）對此予以考慮。
另外，也可以采用低速的掃描（miáo）模塊組合成一個陣列來（lái）達到全角度高（gāo）速掃描條（tiáo）碼的性能。顯然，這種方（fāng）案較宜應用於流水線場合中。
