レーザースキャン

ほとんどのレーザースキャナは、可動ミラーを使用してレーザービームを操舵します。ビームの操舵は、レーザープリンタ内部のように一次元の場合もあれば、レーザーショーシステムのように二次元の場合もあります。さらに、ミラーは、バーコードスキャナの回転多角形ミラーや共振ガルバノメータスキャナのように周期的な動きをしたり、サーボ制御ガルバノメータスキャナのように自由にアドレス指定可能な動きをしたりすることができます。この2つの状況を区別するために、ラスタースキャンとベクタースキャンという用語も使用されます。スキャン動作を制御するために、スキャナにはロータリーエンコーダと、所望の角度または位相に応じて、モーター（多角形ミラーの場合）またはガルバノメータ（ガルボとも呼ばれる）に適切な電流を供給する制御電子機器が必要です。通常、ソフトウェアシステムがスキャン動作を制御し、3Dスキャンが実装されている場合は、測定データの収集も制御します。

レーザービームを2次元で位置決めするには、主に低速スキャンシステムで使用される2軸に沿って1枚のミラーを回転させるか、直交軸に取り付けられた2枚の近接したミラーにレーザービームを反射させる方法があります。2枚の平面ミラーまたは多角形ミラーはそれぞれ、ガルバノメーターまたは電動モーターによって駆動されます。2次元システムは、材料加工、共焦点顕微鏡、および医療科学のほとんどのアプリケーションに不可欠です。一部のアプリケーションでは、レーザービームの焦点を3次元で位置決めする必要があります。これは、通常「フォーカスシフター」または「Zシフター」と呼ばれるサーボ制御レンズシステムによって実現されます。多くのレーザースキャナでは、さらにレーザー強度を変更することもできます。

レーザーテレビやレーザーディスプレイ用のレーザープロジェクターでは、赤、青、緑の3つの基本色が1つのビームに合成され、2枚の鏡で反射されます。

ミラーを動かす最も一般的な方法は、前述のように、電動モーターまたは検流計を使用することです。しかし、 圧電アクチュエータや磁歪アクチュエータも代替手段として利用できます。これらはより高い角速度を実現できますが、多くの場合、最大角度が小さくなるという欠点があります。また、マイクロスキャナというMEMSデバイスもあります。これは、1次元または2次元で傾斜を制御できる小型（ミリメートル）ミラーを備えています。これらはピコプロジェクターなどに使用されています。

2つのリスレープリズムを互いに回転させると、光線を円錐状の範囲内で自由に走査することができる。このようなスキャナーはミサイルの追跡などに用いられる。

2枚の光学レンズを互いに動かしたり回転させたりすることで、ミラー式スキャナーと同様の方法でレーザー光線を走査することができる。

特殊なレーザースキャナの中には、可動ミラーの代わりに音響光学偏向器や電気光学偏向器を使用するものがあります。これらの機構により、現在までに可能な最高周波数の走査が可能になります。例えば、レーザーテレビシステムなどで使用されています。一方で、これらのシステムはミラー走査システムよりもはるかに高価です。

フェーズドアレイを用いたレーザービームの走査を実現するための研究が進められている。この方法は、可動部品を用いずにレーダービームを走査するために用いられる。垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）を用いることで、近い将来、高速レーザースキャナを実現できる可能性がある。

3Dオブジェクトスキャンの分野では、レーザースキャン（ライダーとも呼ばれる）は、レーザービームの制御されたステアリングとレーザー距離計を組み合わせたものです。あらゆる方向の距離を測定することで、スキャナーはオブジェクト、建物、景観の表面形状を迅速にキャプチャします。完全な3Dモデルの構築には、異なる視点から取得した複数の表面モデルを組み合わせるか、他の既知の制約を混合する必要があります。小さなオブジェクトは、フォトグラメトリーに似た手法で回転台の上に置くことができます。^{[ 2 ]}

3Dオブジェクトスキャンは、設計プロセスを強化し、データ収集の速度とエラーを減らし、時間とコストを節約できるため、従来のデータ収集技術に代わる魅力的な方法となっています。3Dスキャンは、モバイルマッピング、測量、建物や建物の内部のスキャン^{[ 3 ]}、考古学にも使用されています。

レーザーの出力によって、加工対象物への影響は異なります。低出力はレーザー彫刻やレーザーアブレーションに使用され、レーザーによって材料が部分的に除去されます。高出力では材料が流動化し、レーザー溶接が可能になります。また、材料を完全に除去できるほど出力が高ければ、レーザー切断も可能です。最新のレーザーは、厚さ10cm 以上の鋼鉄ブロックを切断したり、わずか数マイクロメートルの厚さの角膜層をアブレーションしたりすることができます。

レーザーが液体ポリマーを硬化させる能力は、レーザースキャナーと組み合わせることでラピッドプロトタイピングに利用され、ポリマーや金属を溶融させる能力は、レーザースキャナーと組み合わせることでレーザー焼結やレーザー溶融によって部品を製造するために利用される。

これらのアプリケーションすべてに共通する原理は、PCまたは組み込みシステム上で動作し、プロセス全体を制御するソフトウェアがスキャナカードに接続されているというものです。このカードは、受信したベクトルデータを移動情報に変換し、スキャンヘッドに送信します。スキャンヘッドは、レーザービームを1つのレベル（X座標とY座標）で偏向できる2枚のミラーで構成されています。必要に応じて、3次元目は、レーザーの焦点を奥行き方向（Z軸）に移動できる専用の光学系によって実現されます。

曲面へのレーザー加工や、ガラス内部の特定箇所にレーザー光を照射するガラス内部マーキングなど、特殊な用途では、レーザーの焦点位置を3次元空間で走査する必要があります。このような場合、レーザーの焦点はできるだけ小さくすることが重要です。

レーザースキャン用途の強化や生産工程における材料処理能力の向上を目的として、複数のスキャンヘッドを備えたスキャンシステムが使用されます。このようなマルチヘッドシステムでは、ソフトウェアが処理内容を正確に制御する必要があります。例えば、処理速度を向上させるためにすべてのスキャンヘッドで同じ箇所をマーキングしたり、作業領域が広い場合は各スキャンヘッドが分担して1つのジョブを並行してマーキングしたりといったことが可能です。

多くのバーコードリーダー、特に数メートル離れた場所からバーコードを読み取ることができるものは、走査型レーザービームを使用しています。これらの装置では、通常、共振ミラースキャナを用いて半導体レーザービームを走査します。ミラーは電磁的に駆動され、金属コーティングされたポリマーでできています。

宇宙輸送機が宇宙ステーションにドッキングする際には、正確な位置へ慎重に操縦する必要があります。宇宙ステーションに対する相対位置を特定するために、宇宙輸送機の前面に搭載されたレーザースキャナが宇宙ステーションの形状をスキャンし、コンピュータを通して操縦コマンドを決定します。この用途には共振ガルバノメータスキャナが使用されます。

レーザー光線ショーでは通常、XY構成の2つのガルバノメータースキャナを使用して、壁、天井、その他の表面にパターンや画像を描画します。また、劇場用の煙や霧も使用して、娯楽や宣伝目的で使用されます。