激光电视唱机是一种重放记录在激光电视唱片上的图象和伴音的设备。唱片的每面可记录54000帧电视图象信息，重放时唱片旋转，通过光学扫描系统来检出唱片上的信息。激光电视唱机的光学扫描系统，也称激光头，是激光电视唱机的关键部件之一，尤如录音机中的录放磁头、电唱机的唱针、录象机中的视频磁头。光学扫描系统除了把激光电视唱片上记录的信息变换成电信号，以重现图象和伴音外，它还产生聚焦伺服信号和径向跟踪伺服信号，以控制光学扫描系统正确检出唱片上的信息。现以目前广泛使用的用氦氖激光器作光源的光学扫描系统为例进行介绍。
光学扫描系统的结构
由氦氖激光器为光源构成的光学扫描系统如图1所示。由图所见该系统的激光束的路线为：由氦氖激光器发射的激光束经过第1固定反光镜、第2固定反光镜、光栅、扩束镜、光束分离器、1／4波片、径向跟踪反光镜和切向跟踪反光镜，由物镜聚焦照射到激光电视唱片上。经唱片反射后，又按原路线返回到物镜，又经切向和径向跟踪反光镜、1／4波片到达光束分离器，在光束分离器中与发射光束分离，再经柱面透镜到达光电探测器，将光束转换成含有图象和声音信息的电信号。下边通过对系统中各器件的介绍，进一步加深对光学扫描系统的结构和工作的了解。
1．光源：激光电视唱机要利用光照射在唱片上，以检出唱片上的信息。因唱片上代表信息的小凸起宽度只有0.4μm，所以要求光束必须聚成很小的光点。激光是单色且相位一致又有相干性，而且是平行光线，方向性极好很容易用光学系统聚成很小的光点，因此用激光作光源是最合适的。目前都用激光器作光源，现使用比较多的是氦氖激光器，它输出功率1mW，体积为φ30×220mm。最近研制成功的半导体激光器，它具有体积小（仅为1cm\(_{3}\)）、发光效率高和成本低等特点，将要得到广泛使用。
2．固定反光镜1和固定反光镜2：它们为普通的平面反光镜，其作用是用于改善光路的方向，缩小光学扫描系统的体积。
3．光栅：光栅实质上是表面刻有许多有规则细槽的玻璃，以便把激光器发射的单束光分成三束。当激光束穿过光栅时，由于光的衍射和干涉作用，把单束光分离成以原来的光轴为中心的±1阶、±2阶、±3阶……的几个光束。其中间一束最明亮的光束（原来的光轴）为0阶光束，也称主光束，激光电视唱机中只利用0阶和±1阶光束。0阶光束用来检出唱片记录的信息以及产生聚焦伺服信号，±1阶光束用来产生径向跟踪伺服信号。
4．扩束镜：扩束镜类似凸透镜，其作用是把来自激光器的直径为1mm的激光束扩大到直径约7mm，以充满物镜的口径。
5．光束分离器和1／4波片：这两个光学器件结合起来以便把入射光（从激光器发射到唱片上的光）和反射光（从唱片上反射回来的已含信息的激光束）分离。否则，反射光就会按原路回到激光器，这样不但不能读出反射光中的信息，而且使带有信息的反射光干扰激光器，引起激光器输出的变化。这不但给图象信号产生不良的影响，而且还会影响聚焦伺服和跟踪伺服。
6．径向跟踪反光镜和切向跟踪反光镜：这两种反光镜的构造相似，尤如平面反光镜，但镜子上装有线圈，并且有一转动轴，对应于线圈中流过的电流大小和方向，可绕轴转动而改变反光镜的反射角。径向跟踪反光镜是使激光束沿唱片信息轨迹的垂直方向（径向）移动，以保证激光束对准轨迹。切向跟踪反光镜是使激光束沿唱片信息轨迹的方向（切向）移动，以补偿唱片旋转时的瞬时微小速度变化，保证激光束同信息轨迹之间的相对速度恒定。
7．物镜：物镜是用于把激光束聚成直径小于1.5μm的光斑。在放象时，光斑落在唱片上，以检测唱片上记录的信息。物镜的基本构造和性能类似于显微镜的镜头。不同的是光学扫描系统的物镜上装有线圈，如果线圈中流过方向、大小不同的电流，物镜则沿轴向上、下移动不同的距离，以保证物镜的焦点始终跟踪激光电视唱片的信息面。物镜移动的工作原理类似于扬声器的音圈。
8. 柱面透镜：柱面透镜为半圆柱形。利用柱面透镜单方向聚光作用，同光电转换器一起产生聚焦伺服信号。
9．光电探测器：光电探测器实际上是刻在同一硅片上的光敏二极管阵列。如图2所示，中间B为四个光敏二极管，用于检出唱片信息以及获得聚焦伺服信号，另两个光敏二极管A、C对称置于两旁，用于获得径向跟踪伺服信号。光电探测器的作用是把含有信息的反射光的变化转化成相对应的电信号。
系统中信息的检出
1. 唱片信息的检出：激光电视唱片上以一个个长圆形的小凸起记录着被图象和伴音信号调制的调频信号。小凸起的长短与间隔同所记录的信号有关，小凸起记录调频信号（正弦波）的负半周，小凸起之间的间隔（基面部分）记录信号的负半周。光学扫描系统把小凸起有无以及长度和间隔的变化变成明暗变化，并用光电探测器把这一光的明暗变化变换成电流变化，从而重现了原来记录的电信号。
图3是信号检出原理图。图3（a）是激光束射在没有小凸起的地方光的反射情况。由于没有小凸起的地方唱片反射面为一平面，垂直照射到唱片上的激光束全部反射而返回到物镜又到达光电探测器，光电探测器的输出电流最大。图3（b）是激光束正好照射在小凸起上时光的反射情况。小凸起的宽度为0.4μm，高度为0.1μm，由于光的衍射作用使部分反射光不能按原路返回，因此射向光电探测器的光变暗了，光电探测器的输出电流变小。这样，光电探测器输出的信号电流就同信息小凸起一一对应，如图3（c）所示，也即恢复了原来记录的信号，从而实现了唱片信息的取读。
唱片信息检出是由0阶光束和光电探测器的中间四个光敏二极管实现的。激光束从唱片上返回后，其中0阶光束到达光电探测器照在中间4个光敏二极管，通过电路将4个二极管输出的光电流相加，形成唱片信息的检出信号。
2．聚焦伺服信号的产生：光学扫描系统检出唱片信息时，光束经物镜聚焦的焦点必须落在唱片的信息面上。为此光学扫描系统要向伺服系统提供物镜与唱片之间的相对位置信号，即聚焦伺服信号。通过伺服系统的作用进行自动对焦。
这一信号是由柱面透镜和光电探测器结合而产生的。经过唱片反射回来的光束被物镜聚焦后，再由光束分离器改变方向射向光电探测器。在光电探测器的前面设置一个柱面透镜（参看图1），由于柱面透镜的单方聚光作用，经过柱面透镜的反射光束在A平面上（图4），形成近似椭圆垂直方向的长形光斑；在C平面上形成近似椭圆水平方向的长形光斑，在A和C面的中间平面上形成圆形光斑。设计上使光电探测器正好落在B平面上。当物镜和唱片的相对位置正确，即物镜的焦点正好落在唱片的信息面上时，反射光束中的0阶光束在光电探测器的中间B光敏二极管上形成的光斑为圆形。物镜与唱片之间距离变远时形成的光斑为水平方向的长形光斑，反之则形成垂直方向的长形光斑，如图5所示。光电探测器中间有四个光敏二极管，由图所见两组对角线上的光敏二极管相连再分别接到运放的两个输入端，这样两组光电流之和（I\(_{B1}\)+IB3和I\(_{B2}\)＋IB4）经运放而输出的差动信号（I\(_{B1}\)＋IB3）－（I\(_{B2}\)＋IB4），为聚焦伺服信号。
3．径向伺服信号的产生：光学扫描系统检出唱片上信息时，经物镜聚焦的光束必须对准唱片上成螺旋形的信息轨迹。为此，光学扫描系统要向伺服系统提供光束是否正确地对准信息轨迹的信号，即径向伺服跟踪信号，以供伺服系统电路控制经物镜的光束正确跟踪信息轨迹。
经过光栅的激光束被分成一字排开的三束光，即中间为主光束（0阶），两旁分别为±1阶光束，照射到唱片的信息轨迹上，如图6所示。这三束光经唱片反射后照到光电探测器上，0阶光束照射到中间B光敏二极管。±1阶光束照射到两旁的A和C光敏二极管上。光学扫描系统检出唱片信息时, 如果0阶光束偏到信息轨迹的下边。如图6(a)所示。则+1阶光束就偏到信息轨迹再下边一些，这样+1阶光束反射光明亮, －1阶光束对准轨迹而产生衍射使反射光变暗，因此反射光使光敏二极管A的输出电流大于C的输出电流，即I\(_{A}\)＞IC；反之，如果0阶光束偏到信息轨迹的上边，如图6（c）所示，则有I\(_{A}\)< IC；当0阶光束对准信息轨迹时则I\(_{A}\)=IC。光电探测器中光敏二极管A和C的输出分别接到运放的两个输入端如图6（d）所示，运放输出的差动信号即为径向跟踪信号。
光学扫描系统的发展
目前光学扫描系统正在朝着体积小、重量轻、价格低廉、特性好和可靠性高等方向发展，实现这一目标的关键是半导体激光器的研制成功。半导体激光器体积小而重量轻, 保证了光学扫描系统的小巧玲珑。很容易实现激光电视唱机的快速检索功能，用几秒钟可检出唱片上记录的54000帧图象中任意一帧。最近生产的激光电视唱机中的光学扫描系统，逐渐由半导体激光器代替了氦氖激光器。
另外，对系统中其它器件也作了改进，如物镜采用双非球面玻璃模压透镜代替组合透镜，用塑料透镜代替玻璃透镜，以降低成本和减轻重量。（蔡瑞书 张玲）