ガルバノスキャナは、レーザー光を高速かつ高精度に走査（スキャン）するために、ミラー角度を精密制御する装置（ユニット）です。レーザーマーキングや微細加工、検査・計測、研究用顕微鏡など、レーザーを「狙った場所へ正確に当てる」必要がある分野で中核部品として使われます。

本記事では、レーザースキャニングにおける位置づけから、動作原理、基本構造（ミラー／スキャナ（モーター）／制御ドライバ）、代表的な用途、種類（アナログ式・デジタル式）、歴史までを一通り整理し、要点を最後にまとめます。

レーザースキャニングとガルバノスキャナーの関係

レーザー加工・計測の多くは「レーザーをどのように走査して所望の位置へ導くか」が性能を左右し、そこでガルバノスキャナが重要な役割を担います。

レーザー加工では、レーザーの出力や波長だけでなく、照射点をどれだけ速く正確に動かせるかが加工品質と生産性を決めます。ガルバノスキャナーは、レーザの照射点を任意の軌跡で動かすための心臓部として機能します。

例えばレーザマーキングのように文字や2次元コードを描く場合、レーザを面で一括照射するのではなく、点のレーザを線のように走査して描画します。このとき走査の加減速が不安定だと、線幅のムラ、角のダレ、濃淡のばらつきが出やすくなります。

重要なのは、ガルバノスキャナが単にミラーを動かす装置ではなく、光学系（レンズ、入射ビーム径、焦点位置）と制御（指令波形、補正、同期）をまとめて成立させる走査機構だという点です。装置の仕様検討では、必要な加工精度やタクトから逆算してスキャン範囲、速度、許容誤差を整理し、ガルバノ方式が最適かを判断します。

ガルバノスキャナとは

ガルバノスキャナは、反射ミラーを駆動してレーザー光の進行方向を変え、所定の軌跡どおりに照射点を移動させるための制御機構です。

一般にガルバノスキャナは、X軸用とY軸用の2つのミラーを組み合わせ、レーザー光の反射角度を連続的に変えて照射位置を平面内で動かします。これにより、レーザーヘッド自体を動かさずに、ビームだけを高速に振ることができます。

よく似た言葉に「ガルバノミラー」「ガルバノモーター」があります。ガルバノミラーは反射鏡そのもの、ガルバノモーターはそのミラーを揺動させる駆動部で、両者と制御ドライバをまとめてユニットとして指すときにガルバノスキャナと呼ばれることが多いです。

ガルバノ方式の強みは、移動体の質量が小さいことです。加工ヘッドをXYステージで動かす方式に比べ、軽いミラーを動かすため加速・減速を大きくでき、細かいパターンを短時間で描けます。一方で、スキャン範囲が広くなるほど光学的な歪み補正や焦点変化への配慮が必要になり、用途に応じたシステム設計が重要になります。

ガルバノスキャナの原理

基本原理は、ミラー角度（通常はX/Yの2軸、用途によりZを含む場合も）を高速に切り替え、レーザーの照射位置を連続的に移動させてパターンを描くことにあります。

ミラーの反射角を変えると、反射後のレーザーの進行方向が変わります。XミラーとYミラーをそれぞれ独立に角度制御することで、レーザーは二次元平面上の任意の位置へ導かれ、軌跡として線や図形を描けます。

この動作を成立させる鍵は、角度指令に対してミラーが狙いどおりの角度へ素早く収束し、停止・反転・曲線追従でも振動（リンギング）や遅れが小さいことです。もし追従誤差が大きいと、マーキングの角が丸くなる、加工穴の位置がずれる、計測点が所定座標から外れるなど、結果がそのまま品質不良につながります。

また、実務では「描画したい座標」と「ミラー角度」の関係を、レンズやスキャン範囲に合わせて補正して使います。つまりガルバノスキャナの原理はミラーを動かすこと自体ですが、実際の性能は光学補正、キャリブレーション、指令波形の作り方（速度一定化、角部の減速制御、同期）まで含めた総合技術として現れます。

ガルバノスキャナの構造

ガルバノスキャナは、レーザーを反射するミラー、そのミラーを所定角度へ動かすスキャナ（モーター）、そして指令・フィードバックを処理して駆動する制御ドライバで構成されます。

ガルバノスキャナの性能は、3要素のバランスで決まります。ミラーが適切でも、モーターのトルクやセンサー分解能が不足すれば狙いの応答が出ません。逆にモーターが高性能でも、ミラーが重すぎると加速できず、スキャン速度を上げたときに誤差が増えます。

また、制御ドライバは単なる電源ではなく、装置としての安定性と再現性を作る部分です。実際の加工・計測では、温度変化、経時変化、取り付け誤差、レンズ個体差などの影響が積み上がるため、制御と校正の設計が品質に直結します。

以下では、各部品が何を担い、どこが性能のボトルネックになりやすいかを押さえます。

ミラー

ミラーはレーザー光を反射して走査方向を決める中核部品です。レーザーの波長や出力に合った反射コーティングが必要で、適合しないと反射率低下による損失や発熱、コーティング損傷につながります。

ミラーサイズは、入射ビーム径や必要なスキャン範囲から決まります。ビームが太いほどミラーも大きく必要ですが、ミラーが大きくなると質量と慣性が増え、同じ応答性を出すためにより大きな加速トルクが必要になります。結果としてモーターが大型化し、発熱や消費電力、コストにも波及します。

実務上の重要点は、ミラーの仕様選定が「光学の都合」だけでなく「動特性の都合」でも制約されることです。必要な線幅やスポット径に対して入射径を無闇に太くすると、ミラーの重さが原因で立ち上がりや停止が遅れ、角部のにじみや加工ムラとして表れやすくなります。

スキャナ（モーター）

スキャナ（ガルバノモーター）は、ミラーを限定角度で揺動させる駆動源です。一般的にはモーター本体に位置検出用センサーが組み合わさり、ミラー角度を閉ループ制御で高精度に追従させます。

性能指標としては、応答性（立ち上がり時間、整定時間）、安定性（振動しにくさ）、振れ角（許容範囲）、そして許容できるミラーサイズが重要です。特に振れ角を仕様の最大値を超えて使うと、非線形領域に入って追従誤差が増えたり、発熱が増えたりして、マーキング品質や再現性が落ちる原因になります。

ガルバノモーターは回転を連続で回すのではなく、限定角度で高速に往復させる設計のため、高精度制御に向きます。ただし高加速で使うほど制御の難易度も上がるため、加工データ側で速度プロファイルや角部の減速を適切に設計し、ハードの限界を超えない運用にすることが安定稼働のコツです。

制御ドライバ

制御ドライバは、角度指令を受け取り、モーターへ電力を供給しながら、センサーのフィードバック信号を処理して目標角度へ追従させる制御部です。ガルバノスキャナの動きを「狙いどおりの波形」に整える司令塔にあたります。

実運用では、単に目標角度へ到達するだけでなく、オーバーシュートや振動を抑え、同じ指令で常に同じ軌跡を描けることが重要です。そのためドライバ側の制御パラメータ調整や、装置組み込み後のキャリブレーション（座標補正、直交補正、スケール補正）が品質を左右します。

また、指令信号の扱い方や分解能、通信方式はシステム設計に直結します。加工データの点列が粗いと滑らかに描けず、逆に細かすぎると制御やデータ転送が詰まって速度が出ないこともあります。ドライバはハードとソフトの境界で両者を成立させる要であり、トラブル時の切り分けでも中心となる部品です。

ガルバノスキャナの品質確認とオートコリメーターの活用

ガルバノスキャナの性能は、カタログ上の応答速度や分解能だけでなく、実際にミラーが指令どおりの角度へ正確かつ再現性良く動いているかによって最終的な品質が決まります。そのため、組み立て後や装置組み込み後の段階で、ミラー角度の誤差、直線性、ヒステリシス、ドリフトといった要素を定量的に確認することが重要です。

このような角度精度の評価には、カツラ・オプトのオートコリメーターが有効です。オートコリメーターは、ミラーの微小な角度変化を高分解能で非接触測定できるため、ガルバノスキャナの静特性・動特性の確認や、調整・キャリブレーション作業に適しています。特に高速走査時の角度再現性や、温度変化による角度ずれの評価においては、実機の挙動をそのまま把握できる点が大きな利点です。

ガルバノスキャナの性能を最大限に引き出すには、制御や光学設計だけでなく、角度を正しく「測れる」計測環境が欠かせません。オートコリメーターを用いた客観的な品質確認は、加工・計測結果の安定化と信頼性向上を支える重要な工程と言えるでしょう。