激光條碼掃描器由於（yú）其獨有的大景深區域、高掃描速度、寬掃描範圍等突出（chū）優點得到了廣泛的使用。另外，激光全角度激光（guāng）條（tiáo）碼（mǎ）掃描器由於能夠高速掃描識讀任意方向（xiàng）通過的條碼符號，被大（dà）量使用在各種自動化程度高、物流量大的領域。激光條碼掃描器由激光源、光學掃描、光（guāng）學接收、光電轉換、信號放大（dà）、整（zhěng）形、量化和譯碼等部分組成，下麵將詳細討論（lùn）這些組（zǔ）成部分。
激光掃描槍原理
激（jī）光掃描槍通（tōng）過打出的光源來掃描條碼，通過條碼的黑白條空所反射的光的巨大差別來識別條（tiáo）碼，當掃描（miáo）一組條（tiáo）碼的時候，光（guāng）源照射到條碼上（shàng）後反（fǎn）射光穿過透鏡（jìng）集聚到掃描模組上，由掃描模組（俗稱掃描槍解碼板（bǎn））把（bǎ）光信號變換成模擬數字信號（即電壓，它與接受到的光的強度有關）。即可傳輸到電腦上就是我們想要的條碼內容。在這個掃描槍整個采集光源到解碼分析轉變成電腦輸入信號的過程當中，如果條碼無法正確的識別到，激光（guāng）源線會一直（zhí）亮（liàng）著，這其實是掃描槍（qiāng）一直在解碼的過程，如果解碼成功，激（jī）光線就（jiù）自動（dòng）滅掉。
這時候模擬——數字轉換電路把（bǎ）模擬電壓轉換成數字訊號，傳送到電腦。顏色用RGB三色的8、10、12位來量化，既把信號處理（lǐ）成上述位數的圖像（xiàng）輸出。如果有（yǒu）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識別（bié）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的效果就是顏色銜接平滑，能夠看到更多的畫麵細節。
激光（guāng）掃描槍組成（chéng）部分
（一）激光源
采用（yòng）MOVPE（金屬氧化物氣相外延）技術製造的（de）可見光半導體激光器具有低功耗、可直接調製、體積小、重量輕、固體化、可靠性高、效率高等優點。它一出現即迅速替代（dài）了原來（lái）使用的He——Ne激光器。
半導體激光器發出的光束為非軸對稱的橢圓光束。出射光束垂直於P——W結麵方向的發散角（jiǎo）Ｖ⊥≈30°，平（píng）行於結（jié）麵方向的發（fā）散角Ｖ‖≈10°。如采用傳統的光束準直技術，光束會聚點兩邊的橢（tuǒ）圓光斑（bān）的長、短軸方向（xiàng）將會發生交換。顯然這將使掃描器隻有小的掃描景深。Jay M．Eastman等提出采用圖3所示的光束準直技術，克服（fú）了這種交換現象，大大地提高了掃描景深範圍。這種橢圓光束隻能應用在單線激（jī）光掃描器上。布置光路時，應讓光斑的橢圓長軸方向與光線掃描方向垂直。對於單線激光條碼（mǎ）掃描器（qì），這種橢圓光斑由於對印刷噪聲的不敏（mǐn）感性，將比下麵所說的圓形光斑（bān）特（tè）性更好。
對於全角度條碼激光條碼掃描器，由於光束（shù）在（zài）掃描識讀條碼時，有時以較大傾斜角掃過條碼。因此，光束光斑不宜做成橢圓形。通常（cháng）都將它整形成圓形。目前常用的整形方案是在準直透鏡前加一小圓孔光闌。此種（zhǒng）光束特性可用小孔的菲涅耳衍射（shè）特性來很好（hǎo）地近（jìn）似。采（cǎi）用這種（zhǒng）方（fāng）案，對於標準（zhǔn）尺寸UPC條碼，景深能做到大約250mm到300mm。這對於一（yī）般商業POS係統已經足夠了。但對如機場行李輸送線等要求大景深的場合，就顯得不夠了。目前常用的方（fāng）案是增大條碼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（de）光學準直元件，使通過（guò）它的（de）光場具有特殊的分布（bù）從而具有極小的光束發散角，得到較大的景深。
（二）光學掃描係統
從激光源發出的激光束還需通過掃描係統形成掃描線或掃描圖案。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兩種方案。全息掃描（miáo）係統具有結構緊湊、可靠性（xìng）高和造價低廉等顯著優點。自從IBM公司在3687型掃描器（qì）上首先應用以來得到了廣泛（fàn）的應用，且不斷推陳出新。可以預（yù）料，它所占的市場份額將會越來越大。
旋（xuán）轉棱（léng）鏡（jìng）掃描（miáo）技術曆史較悠久，技術上較成熟（shú）。它利（lì）用旋轉棱鏡來掃描光束，用一組折疊平麵反射（shè）鏡來改變光路實現多方向的掃描光線（xiàn）。目前（qián）使用較多的MS——700等掃描器產品還使旋（xuán）轉棱鏡不同（tóng）麵（miàn）的楔角不同而形成一個（gè）掃描方向上有幾條掃描線。由多向多線（xiàn）的掃描光線組成一個（gè）高密度的掃描圖案。這種方法可能（néng）帶來的另一（yī）個好（hǎo）處是可使激光輻射危害減輕。
全角度掃描（miáo）這（zhè）個概念最早是為了提高超級市場的流通速度而提出的，並設計了與之相應的UPC條碼。對於UPC碼兩個掃描（miáo）方向的“X”掃描圖案就已能實現全角度掃描。隨著掃描技術的（de）發展，條碼（mǎ）應用領域的拓寬以及提高自動化程度的迫切需要（yào），現（xiàn）在（zài）正在把全角（jiǎo）度掃描這（zhè）個概（gài）念推廣到別的碼製，如39碼、交插25碼等。這（zhè）些碼製的條（tiáo）碼高寬比較小，為了實現全角度掃描將需要多得多的掃描方向（xiàng）數。為此除旋轉棱鏡外（wài）還將需要增加另一個運動元件。
手持單線掃描器由於掃描（miáo）速（sù）度低（dī）、掃描角度較小等原因，能用來實現光束掃描的方案就很（hěn）多。除采用旋（xuán）轉（zhuǎn）棱鏡、擺（bǎi）鏡外，還能通過運（yùn）動（dòng）光學係統中的很多部件來達到光束掃描。如通過（guò）運動半導體激（jī）光器、運動準直透鏡等來實（shí）現光束掃描。而產生這些運動的動力元件除直流電機外，還可以是壓電陶瓷和電磁線圈等。這些（xiē）動力元件（jiàn）具有不易損壞、壽命長（zhǎng）和使用方便等優點，估計亦將會得到一定的應用。
（三）光接收係統
掃描光束射到條碼符號上後被散射，由接收係統接收足夠多的散射光。在（zài）激光全角度激光條碼掃描器中，普遍采用回向（xiàng）接收係統。在（zài）這種結構中，接（jiē）收光束的主光軸就是出射光線軸。這樣，散射光斑始終位於接收係（xì）統的軸上。這種結構的瞬時視場極小，可以極大（dà）地提高信噪比，還能提（tí）高對條碼符號鏡麵反（fǎn）射的抑製（zhì）能力，並且對接收透鏡的要求亦很（hěn）低。另外，它還能使接收（shōu）器的敏感麵較小。高速光電接（jiē）收器敏感麵積一般都不大，而且小敏感麵積的接收器成本亦較低，所（suǒ）以這一（yī）點也是很重要的。它的缺點（diǎn）是當（dāng）掃描光束位於掃描係統各元件邊緣時要產生漸暈現象。除了從結構上采取（qǔ）措施盡量減小漸（jiàn）暈外，還應舍棄特性（xìng）太差的掃描（miáo）角度。
全角度激（jī）光條碼掃描器中還普遍采用光學自動增益控製係統，使接收到的信號（hào）光強度不隨條碼符號的距離遠近而改變。這可以縮小（xiǎo）信號的動態範圍，有利於後續處理。
手持（chí）槍式（shì）激光條碼掃（sǎo）描器具有掃描速度較慢、信號（hào）頻率較低等特點。而（ér）低響應頻（pín）率的接收器（qì）如矽（guī）光電池具有較大的敏感麵（miàn）積，並且這低頻係統也容易達到較高的信噪比。因此，除可采用上述回向接收（shōu）方（fāng）案外還可以采取別的方案。例如可利用半（bàn）導體激（jī）光器的易調製性，將出射激（jī）光束以某一較高頻率調（diào）製。而後（hòu），在電信號處理時再采用同步接收放大技術取出條碼信號。
隻（zhī）要調製頻率遠大於（yú）條碼信號頻率，它所（suǒ）帶來的條碼寬度誤（wù）差（chà）將可忽略不計（jì）。同步接收技術具有極高的抑製噪聲能力，因此就不一定采用回向接（jiē）收結構。這樣就會給光學接收係統的安排上帶來相當的靈活性。利用這種靈（líng）活性就能使識讀（dú）器某些方麵的性能得以提高。例（lì）如在回向接收方案中，運動元件亦（yì）是接收係統的組（zǔ）成部分，要求它具有一定的（de）孔徑大小以保證（zhèng）接收到足（zú）夠多的信號光。但是，如果運動元件（jiàn）僅僅起掃描出射光束的作用，就可以做（zuò）得很小。顯然小的運動元件無論對於選擇動力元件還是（shì）提（tí）高壽命、可靠性都是極為有利的。
（四）光電轉換（huàn）、信號放大及整形
接收到的光信號需（xū）要經光電轉換器轉換成電信號。全角（jiǎo）度激光條碼掃描器中的條碼（mǎ）信號頻率為幾兆赫到幾十兆（zhào）赫。這麽（me）高的信號頻率（lǜ）要求光電（diàn）轉換器（qì）使用具（jù）有高頻率響應能力的雪崩光電二極管（APO）或PIN光電二（èr）極管。全角度（dù）激（jī）光條碼掃描器一（yī）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。因此最後接收到的能量極弱。為了（le）得到較高的信噪比（這由誤碼率決定），通常都采用低噪聲的分立元件組成前置放大電路（lù）來低噪聲地放大信號。
手持槍式激光條碼（mǎ）掃描器的信號頻率為幾十千赫到幾百千赫。一般采用矽（guī）光電池、光電二（èr）極（jí）管和光電三極管（guǎn）作為光電（diàn）轉換器件。手持槍式激光條碼掃（sǎo）描器（qì）出射（shè）光能（néng）量相對較強，信號頻率較低，另外，如前（qián）所說還可采用同步放大技術等。因此，它（tā）對（duì）電子元器件特性要（yào）求就不是很高。而且由於信號頻率較低，就（jiù）可以較方便地實（shí）現自動增益控製電路。
由於條碼印刷時的邊（biān）緣模糊性（xìng），更主要是因為（wéi）掃（sǎo）描光斑的有限大小和電子線路的低（dī）通特性，將使得到的信號邊緣模糊（hú），通常稱為“模擬電信（xìn）號”。這種信號還須經整形電路（lù）盡可能（néng）準確地將邊緣恢複（fù）出來，變成通常所說的“數字信（xìn）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（gèng）多的餘地。
從上麵所說的情況中，我們可以看到高（gāo）信號頻率帶來了技術上的很大困難和成本上的提高。對於具有（yǒu）一定識讀能（néng）力的全角度激光條（tiáo）碼掃描器，它的數據率R正比於n／（H×Cosα——W×sinα）。其（qí）中（zhōng），n為掃描方向數（shù），H、W分別為條碼符（fú）號的高度（dù）、寬度，α為條碼符號相對掃描圖案處於最不利於掃描識讀時的角度值，對於各掃描線均（jun1）勻分布的情（qíng）況 α＝π／2n，如 n＝2 時 α為45°由這個式（shì）子我們可估算對於UPC碼（mǎ），如果采用掃描左半部和右半（bàn）部並進行拚接的方案，n為3時數據率最低，對於完全貫穿整個條（tiáo）碼才識（shí）讀的方案，n為5時數據率將（jiāng）最低。在設計（jì）掃（sǎo）描係統（tǒng）時需對此予以考慮。
另外，也可以采用低速的掃描模塊組合成一個陣列來達到全角度高（gāo）速掃描條碼的性能。顯然，這種方案較宜應用於流水線場合（hé）中。
