JP7446432B2 - 光源装置 - Google Patents

Description

本開示は光源装置に関し、特に光利用効率を高めた光源装置に関する。

投射型表示装置等に用いられる固体光源において、高出力化と結合効率の向上が課題となっている。例えば、特許文献１には、複数の発光点を備える光源と、光源からの出射光を平行化するコリメートレンズと、主面に対して異なる傾斜角を有し、かつ複数の出射光それぞれに対する複数の入射面を有する光学素子と、で構成された光源ユニットが開示されている。特許文献１には、特に、光源ユニットの小型化を実現するために、光学素子が、入射面を備えたミラーを複数有する構成が図１６等に開示されている。

国際公開第２０１４／１１５１９４号

特許文献１のようにミラーを利用した構成では、コリメートレンズから出射される平行化後の光線の光量分布が光軸に対して不均一となると、光軸上の光利用効率が低下してしまうなどの課題が生じるが、特許文献１では光源が見かけ上傾くことによる光軸上の光利用効率の低下等に関して何ら考慮されていない。

本開示は上記のような問題を解決するためになされたものであり、光軸上の光利用効率を高めた光源装置を提供することを目的とする。

本開示に係る光源装置は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を含むＸＹＺ座標系におけるＺ軸方向の照射対象に光を照射する光源装置であって、前記ＸＹＺ座標系におけるＹ軸方向に離間して配置され、前記Ｙ軸方向の発散角が前記ＸＹＺ座標系におけるＸ軸方向の発散角よりも小さい光を発する第１光源および第２光源を含み、光束を発する光源群と、前記光源群が発する前記光束を平行化する平行化レンズと、前記Ｚ軸方向において前記光源群と前記平行化レンズとの間に配置され、前記第１光源が発する光を偏向する平面の第１光学面および前記第２光源が発する前記光を偏向する平面の第２光学面を用いて前記Ｚ軸方向の前記照射対象に向けて凹型に構成され、前記光源群から発せられた前記光束を偏向して前記平行化レンズに入射させる光偏向素子と、を備え、前記第１光源は、前記Ｚ軸方向で前記第１光学面に対向するように配置され、前記第２光源は、前記Ｚ軸方向で前記第２光学面に対向するように配置される。

本開示の光源装置によれば、光軸上の光利用効率が高い光源装置を提供できる。

実施の形態１の光源装置の概略構成を示す図である。 実施の形態１の光源装置の概略構成を示す図である。 実施の形態１の光源装置の光源の配光特性を示す図である。 実施の形態１の光源装置の光線追跡の一例を示す図である。 実施の形態１の光源装置の光偏向素子の作用を説明する図である。 実施の形態２の光源装置の光偏向素子をミラーに代えた場合の概略構成を示す図である。 実施の形態２の光源装置の光線追跡結果を示す図である。 光源から出射される光線の光軸に対する傾き角度を説明する図である。 実施の形態２の光源装置の逆光線追跡結果を示す図である。 実施の形態２の光源装置の平行化レンズの逆光線追跡結果を示す図である。 実施の形態２の光源装置の照度分布を示す図である。 実施の形態２の光源装置の照度分布を示す図である。 実施の形態２の光源装置のミラーの逆光線追跡結果を示す図である。 実施の形態１の光源装置の照度分布を示す図である。 実施の形態２の光源装置の照度分布を示す図である。 実施の形態１および２の光源装置の比較例の照度分布を示す図である。 実施の形態１の光源装置の照度分布を示す図である。 実施の形態２の光源装置の照度分布を示す図である。 実施の形態２の光源装置の照度分布を示す図である。 実施の形態３の光源装置の概略構成を示す図である。 実施の形態３の光源装置の光偏向素子の作用を説明する図である。 実施の形態３の光源装置の逆光線追跡結果を示す図である。 実施の形態３の光源装置の平行化レンズの逆光線追跡結果を示す図である。 実施の形態３の光源装置の照度分布を示す図である。 実施の形態１の光源装置の光源群と平行化レンズの位置関係を説明するための図である。 実施の形態３の光源装置の光源群と平行化レンズの位置関係を説明するための図である。 実施の形態１の光源装置のＸ軸方向の逆光線追跡結果を示す図である。 実施の形態３の光源装置のＸ軸方向の逆光線追跡結果を示す図である。 実施の形態３の光源装置の照度分布を示す図である。 実施の形態３の光源装置の照度分布を示す図である。 実施の形態４の光源装置の照度分布を示す図である。 実施の形態４の光源装置の照度分布を示す図である。 実施の形態１の光源装置の平行化レンズにアナモフィック非球面を適用した場合照度分布を示す図である。 実施の形態１の光源装置の平行化レンズにトロイダル面を適用した場合照度分布を示す図である。 実施の形態５の光源装置の概略構成を示す図である。

＜実施の形態１＞
図１および図２を用いて実施の形態１の光源装置１００の概略構成を説明する。図１はＹＺ平面を－Ｘ軸側から観察した図を示し、図２はＺＸ平面を＋Ｙ軸方向側から観察した図を示している。図１および図２に示されるように光源装置１００は、光源群１、光偏向素子２および平行化レンズ３を備え、光源群１と平行化レンズ３との間に光偏向素子２が配置されている。光偏向素子２は、光偏向用の光学面２１および２２が光出射側に設けられており、当該光学面２１および２２は、平行化レンズ３の中心を通る光軸Ｃ１に向けて共に傾斜している。光源群１は、図１に示されるようにＹ軸方向に配列された光源１ａおよび光源１ｂを有している。

＜座標の設定＞
本実施の形態では、説明を容易にするために、以下に示す図においてＸＹＺ座標を用い、＋Ｚ軸方向に光が進行するものとする。また、Ｘ軸中心の右回りの回転を＋ＲＸ、Ｙ軸中心の右回りの回転を＋ＲＹ、Ｚ軸中心の右回りの回転を＋ＲＺとする。

＜光源１ａ、光源１ｂ＞
光源１ａおよび光源１ｂはＸ軸方向の発散角とＹ軸方向の発散角が異なる固体光源であり、例えば、レーザーダイオードである。ここで、光源１ａおよび光源１ｂのＸＹ平面を発光面とし、Ｙ軸方向の辺がＸ軸方向の辺より長く、Ｙ軸方向の発散角（±ＲＸ方向の角度）は、Ｘ軸方向の発散角（±ＲＹ方向の角度）より小さいものとする。例えば、光源１ａおよび１ｂのＹ軸方向の長さは７０μｍであり、Ｘ軸方向の長さは１μｍである。以下、発散角の小さいＹ軸方向を第１の方向、Ｘ軸方向を第２の方向とも呼ぶ。

＜光源１ａ、光源１ｂの配光特性＞
光源１ａおよび光源１ｂから出射される光の配光特性を図３に示す。図３において縦軸は相対光強度（任意単位）を示し、横軸は、光の発散角度（°）を示す。実線で示す特性３０１は、Ｘ軸方向（±ＲＹ方向）に発散する光の配光特性を示しており、一点鎖線で示す特性３０２は、Ｙ軸方向（±ＲＸ方向）に発散する光の配光特性を示している。上述したように、Ｙ軸方向の発散角は、Ｘ軸方向の発散角よりも小さい。

なお、破線３０３は相対光強度が１／ｅ^２となる位置、つまり相対光強度が約０．１３５の位置を示している。一般的にレーザーダイオードの発散角の仕様は、相対光強度が１／ｅ^２となる位置の角度で表示することが多く、光の拡がりの目安となる。ここでは、特性３０１の１／ｅ^２となる位置の角度は±約３７°、特性３０２の１／ｅ^２となる位置の角度は±約５°となる。以降、光源１ａおよび光源１ｂの発散角の範囲といった場合、相対光強度が１／ｅ^２となる位置を基準とした角度範囲を示すものとする。

＜光源１ａと光源１ｂの間隔＞
光源１ａおよび光源１ｂは、例えば、中心波長６３８ｎｍの赤色の光を発する。複数の光源を隣接配置して高出力化を行う際に、中心波長が例えば、４５０ｎｍの青色の光を発する光源および中心波長が例えば、５２５ｎｍの緑色の光を発する光源と比較して、赤色の光を発する光源は、温度に対して感度が高く、温度が高くなると発光効率の低下および波長シフトが発生する。従って、冷却を考慮すると、光源１ａと光源１ｂの配列間隔、すなわち配列方向の間隔、本実施の形態ではＹ軸方向の間隔は、広い方が好ましい。しかし、一般的に光源１ａと光源１ｂの配列間隔が拡がるに従って、光軸Ｃ１上の光利用効率が低下するため、光利用効率を向上させるためには、光源１ａおよび光源１ｂは光軸Ｃ１の近くに配置されることが好ましい。

＜光源１ａと光源１ｂの間隔と光利用効率との関係＞
光偏向素子２を配置しない場合、つまり、光源群１と平行化レンズ３のみの場合、光源１ａから出射した光と光源１ｂから出射した光は、平行化レンズ３で屈折後、光軸Ｃ１を境に徐々に離れていく。そのため、平行化レンズ３の後段で集光レンズを配置し、複数の光源装置１００から出射した光を光軸Ｃ１上に集光する際に、集光レンズの光軸Ｃ１上に集光する光の効率が低くなる。

図４は、光線追跡の一例を示す図である。図４においては光源群１および平行化レンズ３のみで構成される光学系を示しており、光源群１および平行化レンズ３を含む領域“Ａ”の拡大図を併せて示している。

図４に示されるように、光源１ａの中央部から出射した光線４０１を実線で、光源１ｂの中央部から出射した光線４０２を一点鎖線で示す。なお、各光線のＹ軸方向の拡がりは、図３を用いて説明したように±５°とした。平行化レンズ３を出射した光線４０１および光線４０２は光源の配列方向において、徐々に光軸Ｃ１から離れる方向、より具体的には光線４０１は－Ｙ軸方向、光線４０２は＋Ｙ軸方向に進行していることが確認できる。これにより、光源の配列方向において、光源群１からの光は光軸Ｃ１から離れていくこととなり、光軸Ｃ１上の光利用効率が低下することとなる。ここで、光軸Ｃ１から各光源の出射位置までの配列間隔を像高とすると、平行化レンズ３の焦点距離が短くなるほど、到達面、すなわち任意のＺ軸方向位置での像高が高くなり、光軸Ｃ１から離れた位置に光線が到達することとなる。一方、光軸Ｃ１上を出射した光線は到達面でも光軸Ｃ１付近に到達する。ここで、付近とは、光源の発散角の影響により光線が±Ｙ軸方向に幅を有するため、到達面には光軸Ｃ１と平行な光線も到達することとなり、±Ｙ軸方向の幅を有することを鑑みて「付近」とした。

＜光偏向素子＞
図５は光偏向素子２の作用を説明する概念図であり、図５を用いて光偏向素子２の特徴を説明する。光偏向素子２を光源１ａと平行化レンズ３（図１）の間に配置することによって、光偏向素子２の偏向作用により光源１ａの中央部から出射した光線５０１ｃｃが光軸Ｃ１に対して＋Ｙ軸方向に角度α１を有して平行化レンズ３に入射させることが可能となる。角度α１で＋Ｚ軸方向に進行した光線が平行化レンズ３で光軸Ｃ１に対して平行な光線となって出射することにより、光軸Ｃ１上の光利用効率の低下を抑制できる。光源１ｂに対しても光軸Ｃ１を線対称にして同様に作用する。すなわち、光偏向素子２を配置することによって、光源１ａおよび光源１ｂの中央部から出射した光軸Ｃ１と平行な光線を、屈折後に＋Ｙ軸方向および－Ｙ軸方向に偏向させることにより、光軸Ｃ１から±Ｙ軸方向に離れて配置された光源を光軸Ｃ１上あるいは、光軸Ｃ１方向に平行移動した位置に配置されたかのような振る舞いをさせることが可能となる。

例えば、図５に示されるように、光源１ａのＹ軸方向長さｙ１ａを７０μｍとし、光源１ｂのＹ軸方向長さｙ１ｂを７０μｍとし、光源１ａの中央部と光軸Ｃ１とのＹ軸方向の間隔ｙ１ａｃを１０５μｍとし、光源１ａの－Ｙ軸方向端部と光源１ｂの＋Ｙ軸方向端部の間隔ｙ１ｃを１４０μｍとし、光源１ａの中央部と光源１ｂの中央部の間隔ｙ１ｄを２１０μｍとする。また、光源１ａおよび光源１ｂの発光面と光偏向素子２の光入射面までの間隔Ｄ１を３５０μｍ、光偏向素子２の最小部分の厚みＴ１を２８０μｍとする。また、光源１ａの中央部から出射した光のうち光軸Ｃ１と平行な光線と光偏向素子２の光入射面との交点をＰ５０とし、光源１ａの中央部から出射した光のうち光軸Ｃ１と平行な光線と光偏向素子２の出射面側の交点をＰ５１とした場合、Ｐ５０とＰ５１との間隔Ｄ２を約３１５μｍとする。

ここで、光偏向素子２の材質は例えば、ＨＯＹＡ株式会社のＢＳＣ７であり、波長６３８ｎｍでの屈折率は約１．５１５である。

＜光線の振る舞い＞
図５に示されるように、光線５０１ｃｕは光源１ａの中央部から角度α２＝－５°で出射した光線の軌跡を示し、光線５０１ｃｃは光源１ａの中央部から角度０°で出射した光線、すなわち、光軸Ｃ１と平行な光線の軌跡を示し、光線５０１ｃｄは光源１ａの中央部から角度α５＝＋５°で出射した光線の軌跡を示す。

光線５０１ｃｃは、光源１ａの中央部を出射し、光偏向素子２に角度０°で入射する。光偏向素子２の出射面に到達後、屈折し、角度α１で＋Ｚ軸方向に進行する。角度α１はスネルの法則を用いて、以下の数式(1)で算出される。なお、角度は絶対値として計算する。

１．５１５×ｓｉｎ（｜α８｜）＝ｓｉｎ（｜α１｜＋｜α８｜）・・・(1)
ここで、光偏向素子２の出射面のＸＹ平面に対するＹ軸方向（＋ＲＸ方向）の傾き角度α８を＋１８．８１°とすると、角度α１は以下の数式(2)で算出される。なお、角度は絶対値で計算する。

１．５１５×ｓｉｎ（１８．８１°）＝ｓｉｎ（｜α１｜＋１８．８１°）・・・(2)
上記数式(2)より｜α１｜＝１０．４３°となり、出射方向を考慮するとα１＝－１０．４３°となる。なお、屈折率および角度を四捨五入により概略値として算出しているため、算出した角度において、誤差は生じる。

光線５０１ｃｕは、光源１ａの中央部を出射し、光偏向素子２に角度α２＝－５°で入射する。入射した光は屈折し、角度α３となって光偏向素子２の出射面に進行する。光偏向素子２の出射面では、屈折後、角度α４で＋Ｚ軸方向に進行する。

角度α３は以下の数式(3)で算出される。なお、角度は絶対値で計算する。

ｓｉｎ（｜α２｜）＝１．５１５×ｓｉｎ（｜α３｜）・・・(3)
上記数式(3)より｜α３｜＝３．３°となり、出射方向を考慮するとα３＝－３．３°となる。

角度α４は以下の数式(4)で算出される。なお、角度は絶対値で計算する。

１．５１５×ｓｉｎ（｜α８｜＋｜α３｜）＝ｓｉｎ（｜α８｜＋｜α４｜）・・・(4)
数式(4)に既知の角度を代入すると以下の数式(5)となる。

１．５１５×ｓｉｎ（２２．１１°）＝ｓｉｎ（１８．８１°＋｜α４｜）・・・(5)
数式(5)より｜α４｜＝１５．９６°となり、出射方向を考慮するとα４＝－１５．９６°となる。

光線５０１ｃｄは、光源１ａの中央部を出射し、光偏向素子２に角度α５＝＋５°で入射する。入射した光は屈折し、角度α６となって光偏向素子２の出射面に進行する。光偏向素子２の出射面では、屈折後、角度α７で＋Ｚ軸方向に進行する。

角度α６は以下の数式(6)で算出される。なお、角度は絶対値で計算する。

ｓｉｎ（｜α５｜）＝１．５１５×ｓｉｎ（｜α６｜）・・・(6)
数式(6)より｜α６｜＝３．３°となり、出射方向を考慮すると、α６＝＋３．３°となる。

角度α7は以下の数式(7)で算出される。なお、角度は絶対値で計算する。

１．５１５×ｓｉｎ（｜α８｜－｜α６｜）＝ｓｉｎ（｜α８｜＋｜α７｜）・・・(7)
数式(7)に既知の角度を代入すると以下の数式(8)となる。

１．５１５×ｓｉｎ（１５．５１°）＝ｓｉｎ（１８．８１°＋｜α７｜）・・・(8)
数式(8)より｜α７｜＝５．０９°となり、出射方向を考慮すると、α７＝－５．０９°となる。

光線５０１ｄｄは、光源１ａの－Ｙ軸方向端部から出射した光軸Ｃ１と角度α５＝＋５度傾いた光線の軌跡を示している。光線５０１ｄｄは、光利用効率を考慮すると、光軸Ｃ１と光偏向素子２の出射面との交点Ｐ５２より＋Ｙ軸方向を通過することが好ましい。

光線５０１ｄｄは、角度α５＝＋５°で光源１ａの－Ｙ軸方向端部を出射後、光偏向素子２の光入射面に到達し、屈折後、角度α６＝＋３．３°で＋Ｚ軸方向に進行する。さらに光偏向素子２の出射面で屈折して角度α７＝－５．０９°で＋Ｚ軸方向に進行する。光線５０１ｄｄと光偏向素子２の出射面側の交点Ｐ５３が、点Ｐ５２より＋Ｙ軸方向に位置することが光利用効率の観点から好ましい。なお、光線５０１ｃｄと光線５０１ｄｄは、平行な関係にある。なお、光源１ｂからの光については、光軸Ｃ１に対して光源１ａからの光と線対称の関係になる。

このように、光偏向素子２は、光源の配列方向において、光軸Ｃ１より＋側に配置された光源、本実施の形態では、光源１ａからの光に対しては、配光方向＋側（＋Ｙ軸方向）に偏向して出射する機能、および光軸Ｃ１より－側に配置された光源、本実施の形態では、光源１ｂからの光に対しては、配光方向－側（－Ｙ軸方向）に偏向して出射する機能を有する。これにより、見かけ上の光源１ａおよび光源１ｂのＹ軸方向の位置を光軸Ｃ１方向に移動できる。その結果、見かけ上の光源全体のＹ軸方向の長さを短くできる。

＜見かけ上の光源１ａの位置＞
光線５０１ｃｕ、光線５０１ｃｃおよび光線５０１ｃｄより、光源１ａの中央部から出射した光線が平行化レンズ３に進行する際の光軸Ｃ１に対する角度を算出した。すなわち、平行化レンズ３に進行する光線５０１ｃｕ、光線５０１ｃｃおよび光線５０１ｃｄに関して、光偏向素子２を配置せずに同様の光線が出射されたと仮定した場合の－Ｚ軸方向における光線の振る舞いを、図５においては光線５０２ｃｕ、光線５０２ｃｃおよび光線５０２ｃｄで表している。つまり、光線５０１ｃｕ、光線５０１ｃｃおよび光線５０１ｃｄに関して、－Ｚ軸方向の構成をブラックボックス化した際の－Ｚ軸方向での光線の振る舞いを光線５０２ｃｕ、光線５０２ｃｃおよび光線５０２ｃｄで表している。この処理により、光源１ａの中央部が図５中のＰ５４の位置に移動した場合と同様の光線の振る舞いをしていることが判る。

ここで、位置Ｐ５４のＹ軸方向長さｙ１ｐは２１μｍであり、光源１ａと位置Ｐ５４のＺ軸方向の間隔Ｄ３は２１４μｍである。なお、光偏向素子２の影響により収差が発生するため、位置Ｐ５４は概略位置となる。

すなわち、光軸Ｃ１に対する実際の光源１ａの像高がｙ１ａｃ＝１０５μｍであるのに対し、光偏向素子２を挿入することにより、光軸Ｃ１に対する見かけ上の光源１ａの像高である仮想像高ｙ１ｐを２１μｍとすることが可能となる。つまり、平行化レンズ３を出射後の像高を１／５とすることが可能となる。このように、光偏向素子２を用いることにより、見かけ上の像高を低くすることが可能となる。これによって、光軸Ｃ１付近の光利用効率を向上させることが可能となる。

ここで、光源１ａの中央部から出射する光線５０１ｃｃの光偏向素子２を出射する角度α１に関しては、後段に配置される平行化レンズ３の小径化を考慮すると、できる限り小さいことが好ましい。平行化レンズ３は、ＸＹ平面から観察すると円形のため、Ｙ軸方向に光線が移動すると、光源１ａのＸ軸方向（±ＲＹ方向）への発散角が±３７°であることを想定すると、平行化レンズ３に入射する光量が減少する可能性が高くなるからである。

また、上述したように、見かけ上の光源位置Ｐ５４は、実際の光源位置よりも＋Ｚ軸方向に２１４μｍ移動している。これに伴い、平行化レンズ３の焦点距離を２１４μｍ短くする必要性が発生する。そのため、集光位置での光源像が少し大きくなる。例えば、６．５ｍｍの焦点距離の平行化レンズが６．３ｍｍの焦点距離の平行化レンズになった場合、像高が２１μｍの場合、平行化レンズ３から２０００ｍｍ遠方の像高は、光偏向素子２がない場合の６．４６ｍｍから少し大きくなって、６．６７ｍｍとなる。つまり、１．０３倍となる。しかし、このような倍率（１．０３倍）の影響は、像高を低くする効果すなわち１／５倍にする効果に比べて十分小さいといえる。以下、算出式を示す。

６．５ｍｍの焦点距離の場合、像高＝２１μｍ×２０００ｍｍ／６．５ｍｍ≒６．４６ｍｍとなる。

６．３ｍｍの焦点距離の場合、像高＝２１μｍ×２０００ｍｍ／６．３ｍｍ≒６．６７ｍｍとなる。

＜他の構成例＞
例えば、図５に示す構成では、隣接する光源の端部間距離（間隔ｙ１ｃ）を１４０μｍとしたが、間隔ｙ１ｃを７０μｍとしても同様の効果が得られる。その場合、間隔Ｄ１を３５０μｍから１５０μｍとすることができる。

この場合において、光源１ａの－Ｙ軸方向端部から角度α５で＋Ｚ軸方向に進行する光線、すなわち図５における光線５０１ｄｄが、Ｐ５２より＋Ｙ軸方向を進行するように、光偏向素子２の位置を＋Ｚ軸方向に移動させることができる。光源１ａのＹ軸方向長さｙ１ａが長くなった場合も同様に、光源１ａの－Ｙ軸方向端部から角度α５で＋Ｚ軸方向に進行する光線が、Ｐ５２より－Ｙ軸方向を進行する場合は、光偏向素子２の位置を－Ｚ軸方向に移動させることができる。

なお、光偏向素子２の材料を屈折率の高い硝子材等に変更することにより、間隔Ｄ１を長くすることは可能である。その際には、角度α８を変更する。例えば、光偏向素子２をＨＯＹＡ株式会社のＦＤ６０で作製した場合、波長６３８ｎｍでの屈折率は１．８０となる。この場合、角度α１が１０．４３°となるように、角度α８を設定すればよく、具体的には角度α８を１２．５°とすることができる。また、屈折率差によるバックフォーカス長の変化を考慮し、間隔Ｄ１を３８０μｍとすることができる。なお、厳密には、光偏向素子２を＋Ｚ軸方向に移動、また角度α８を変更すると、見かけ上の光源位置Ｐ５４のＹ軸方向およびＺ軸方向位置が変わるため、その場合は平行化レンズ３のＺ軸方向位置および焦点を変更する必要が生じる。なお、見かけ上の光源位置Ｐ５４のＹ軸方向およびＺ軸方向位置が変わらないように、間隔Ｄ１、光偏向素子２の最小部の厚みＴ１、また角度α８を設定すると、平行化レンズ３のＺ軸方向位置および焦点を変更する必要がなくなる。

＜ミラーでの代用＞
ここで、例えば、光偏向素子２と同等の機能を２枚のミラーを用いて実現することができる。この場合、α１＝１０．４３°とすると、ミラーを、光軸Ｃ１に対して±１０．４３／２≒５．２２°傾ける。より具体的には、＋Ｙ軸側に配置される光源１ａの光に対しては－５．２２°、－Ｙ軸側に配置される光源１ｂの光に対しては＋５．２２°傾ける。

光源１ａの発散角が±５°である場合、－５°で出射した光の一部はミラーに到達することなく平行化レンズ３に到達する可能性がある。これは、光源が配列方向であるＹ軸方向に長さを有することから、ミラーの幅、すなわちＺ軸方向の長さを平行化レンズ３までの距離よりも長くしないと、光源の端部、例えば、＋Ｙ軸側に配置される光源１ａであれば＋Ｙ軸方向の端部から出射した光がミラーに到達しない場合があるためである。

＜実施の形態２：ミラーを用いた場合の一例＞
図６は、実施の形態２として光偏向素子２をミラーで代用する場合の概略構成を示す。便宜上、図５と同様に光源１ａの光線の振る舞いのみを示す。光源１ａのＹ軸方向長さｙ１ａは７０μｍ、光源１ａの中央部と光軸Ｃ１とのＹ軸方向の間隔ｙ１ａｃは１０５μｍとし、図５の例と同一とする。角度α２、角度α５も図５の例と同様である。なお、ミラーＭの傾き角α９は－８°とした。

光源１ａの中央部から光軸Ｃ１に平行に出射する光線５０３ｃｃは、ミラーＭの反射面で反射された後、光軸Ｃ１に対して角度α１１＝－１６°で＋Ｚ軸方向に進行する。光源１ａの中央部から角度α２＝－５°で出射する光線５０３ｃｕは、ミラーＭを反射後、光軸Ｃ１に対して角度α１２＝－１１°（－（１６°－５°））で＋Ｚ軸方向に進行する。光源１ａの中央部から角度α５＝＋５°で出射する光線５０３ｃｄは、ミラーＭを反射後、光軸Ｃ１に対して角度α１０＝－２１°（－（１６°＋５°））で＋Ｚ軸方向に進行する。

また、図６において、－Ｚ軸方向の光線の振る舞いとして、光源１ａから光軸Ｃ１に平行な光線５０３ｃｃに対応する光線を光線５０４ｃｃ、光源１ａの中央部から角度α２＝－５°で出射する光線５０３ｃｕに対応する光線を光線５０４ｃｕ、光源１ａの中央部から角度α５＝＋５°で出射する光線５０３ｃｄに対応する光線を光線５０４ｃｄで示す。図６に示すように、本構成では、見かけ上、位置Ｐ５５ｃにある発光点から光線が出射しているような振る舞いをしていることが確認できる。また、光源１ａの＋Ｙ軸方向の端部から出射される光に注目すると、光軸Ｃ１に平行に出射する光線５０３ｕｃ、角度α２＝－５°で出射する光線５０３ｕｕ、角度α５＝＋５°で出射する光線５０３ｕｄについて、それぞれの－Ｚ軸方向の光線を、光線５０４ｕｃ、５０４ｕｕ、５０４ｕｄで表すと、位置Ｐ５５ｕにある発光点から出射しているような振る舞いをしていることが確認できる。

同様に、光源１ａの－Ｙ軸方向の端部から出射される光に注目すると、光軸Ｃ１に平行に出射する光線５０３ｄｃ、角度α２＝－５°で出射する光線５０３ｄｕ、角度α５＝＋５°で出射する光線５０３ｄｄについて、それぞれの－Ｚ軸方向の光線を、光線５０４ｄｃ、５０４ｄｕ、５０４ｄｄで表すと、位置Ｐ５５ｄにある発光点から出射しているような振る舞いをしていることが確認できる。

これらより、光源１ａは、見かけ上、発光面がＸＹ平面に対して角度α１３＝－１６°傾いて配置されているように振る舞うこととなる。従って、後段に平行化レンズ３を配置して光軸Ｃ１に対して光線を平行光とする際に、発光面の傾きの影響により、－Ｙ軸方向と＋Ｙ軸方向で光線幅が異なることとなり、発光面の傾きによる像ボケが発生する。ただし、平行化レンズ３を調整することにより像ボケの影響を低減できる。

ところで、ミラーＭを用いて光源１ａの集光効率を向上させる場合、以下の数式(9)を満たす場合が最も集光効果が高くなる。以下は、位置Ｐ５５ｃを光軸Ｃ１上とする場合の条件式である。

ｙ１ａｃ／Ｄ４＝ｓｉｎ（２×｜α９｜）・・・(9)
例えば、間隔ｙ１ａｃ＝１０５μｍ、ミラーＭの傾き角α９＝－８°の場合、光源１ａの中央部とミラーＭの反射面との間隔Ｄ４は、約３８１μｍとなる。なお、実装される間隔Ｄ４は例えば、３８１μｍ±１０％（３８μｍ）の誤差が許容される。

なお、図６に示すように、ミラーＭの傾き角α９が小さいと、光源１ａの＋Ｙ軸方向端部、すなわち光軸Ｃ１から離れる方向の端部から外向き、すなわち光軸Ｃ１から離れる方向に角度α２で出射した光線５０３ｕｕは、ミラーＭに到達しにくい。このようにミラーＭを用いた場合、見かけ上の像高を低くする効果ひいては光軸Ｃ１付近の光利用効率を向上させる効果は得られるが、ミラーＭの角度精度が要求されると共に、次のような懸念がある。すなわち、図５の角度α１に相当する角度α１１を大きくする必要があり、このため後段の平行化レンズ３の大径化あるいは、平行化レンズ３への到達効率が低下する懸念がある。

ただし、平行化レンズ３の大径化が許容されるのであれば、ミラーＭによる光偏向素子２の代用も除外されない。ミラーＭを用いることにより、光の進行方向を＋Ｚ軸方向から±Ｘ軸方向などに変えることができる。従って、ミラーＭの傾きまたは光源１ａおよび光源１ｂから平行化レンズまでの距離を調整することで、光軸上の光利用効率の低下を抑止するという効果に加えて、部品配置の自由度を向上できる。

ただし、±Ｘ軸方向などに光の進行方向を変更する場合は、ミラー面が２軸に傾くため、ミラーの回転中心によって出射する光線の傾向が変化する。図６とは異なり、ミラー反射後は反射前の光線の拡がりを維持することなく、Ｘ軸方向に進行することとなる。

＜実施の形態１および実施の形態２に適用する平行化レンズ＞
実施の形態１において平行化レンズ３は、光偏向素子２から出射した光を光軸Ｃ１に対して平行な光とする。平行化レンズ３は例えば、非球面形状で形成されている。非球面形状は、Ｘ軸方向とＹ軸方向で形状が異なるトロイダル形状とすることができる。また、光入射面は凸形状とすることもでき、凹形状とすることもできる。

実施の形態２において、平行化レンズ３は、ミラーＭで反射した光を光軸Ｃ１に対して平行な光とする。平行化レンズ３は例えば、非球面形状で形成されている。非球面形状は、Ｘ軸方向とＹ軸方向で形状が異なるトロイダル形状とすることができる。また、光入射面は凸形状とすることもでき、凹形状とすることもできる。

また、光源１ａの中央部および光源１ｂの中央部から出射した光線に対して、光軸Ｃ１に対して平行な光とすることが好ましい。これにより、光線の到達位置では、光軸Ｃ１付近に光源１ａの中央部および光源１ｂの中央部から出射した光線が到達し、到達した光源像を最も小さくすることが可能となる。

＜実施の形態１の光偏向素子の光線追跡結果＞
図７は実施の形態１における光源１ａから出射した光線の光線追跡結果を示す図である。図７においては光源群１および光偏向素子２を含む領域“Ｂ”の拡大図と、平行化レンズ３の出射面の領域“Ｃ”の拡大図を併せて示している。なお、光源１ａから光偏向素子２の位置関係等は図５に準じる。また、光偏向素子２の＋Ｚ軸方向側に平行化レンズ３を配置している。平行化レンズの焦点距離は約６．５ｍｍである。

図７の領域“Ｂ”の拡大図に示されるように、光源１ａからは、±５°の拡がりを持った光線が＋Ｚ軸方向に出射している。光源１ａの＋Ｙ軸方向端部から出射した光線６０１ｕ、光源１ａの中央部から出射した光線６０１ｃ、光源１ａの－Ｙ軸方向端部から出射した光線６０１ｄの光線追跡結果を示している。

図７の領域“Ｃ”の拡大図に示されるように、平行化レンズ３を出射する光線６０１ｕ、光線６０１ｃ、光線６０１ｄは、概ね光軸Ｃ１と平行な光線となっている。

＜実施の形態１および実施の形態２の効果の確認＞
図８は、実際に光源１ａから出射される光線の光軸Ｃ１に対する傾き角度を説明する図である。なお、平行化レンズ３は仮想の薄肉レンズ７０３とし、焦点距離Ｆ７は６．５ｍｍである。光源１ａの中央部が光軸Ｃ１に位置するように光源１ａを移動した場合を仮定している。図８では、光源１ａの＋Ｙ軸方向端部から出射した光線７０１ｕおよび光源１ａの－Ｙ軸方向端部から出射した光線７０１ｄの光線の振る舞いを示す。薄肉レンズ７０３を出射した光線７０１ｕおよび光線７０１ｄの光軸Ｃ１に対する角度βｕおよび角度－βｄは、以下の数式(10)で表される。

βｕ＝－βｄ＝ａｔａｎ（（ｙ１ａ／２）／Ｆ７）
＝ａｔａｎ（３５μｍ／６５００μｍ）
≒０．３１°・・・(10)
角度βｕおよび角度βｄの結果から、光源１ａの中央部から出射した光線が角度０°、光源１ａの＋Ｙ軸方向端部から出射した光線７０１ｕおよび－Ｙ軸方向端部から出射した光線７０１ｄが、角度０．３１°で平行化レンズ３を出射する場合、光源１ａが光軸Ｃ１から出射していると仮定できる。

上記仮定を検証するため、図５の構成を用いて逆光線追跡を行った結果を図９に示す。図９においては光源群１および光偏向素子２を含む領域“Ｄ”の拡大図と、平行化レンズ３の出射面の領域“Ｅ”の拡大図を併せて示している。ここでは、平行化レンズ３の＋Ｚ軸方向から－Ｚ軸方向に進行する光線の逆光線追跡を行い、結像位置を確認することにより、上記仮定を確認する。

図９では、実施の形態１における光線８０１ｕ、光線８０１ｃ、光線８０１ｄの逆光線追跡結果を示しており、光線８０１ｄは、光軸Ｃ１に対して－０．３１°の角度を有して平行化レンズ３に入射し、光線８０１ｃは、光軸Ｃ１に対して平行で平行化レンズ３に入射し、光線８０１ｕは、光軸Ｃ１に対して＋０．３１°の角度を有して平行化レンズ３に入射している。

光源１ａ上の光線を確認すると、光線８０１ｕは、光源１ａの＋Ｙ軸方向端部に集光（結像）し、光線８０１ｃは、光源１ａの中央部に集光（結像）し、光線８０１ｄは、光源１ａの－Ｙ軸方向端部に集光（結像）していることが確認できる。つまり、光偏向素子２を挿入することにより、光源１ａが光軸Ｃ１上にある場合と同様の光線の振る舞いをしていることが確認できる。このように、光偏向素子２を用いることで、光軸Ｃ１付近の光利用効率が向上する効果が得られる。

なお、上記では、光線８０１ｃがＹ軸方向において光源１ａの中央部に集光する例であるが、平行化レンズ３の＋Ｚ軸方向側から平行光を入射した場合の平行化レンズ３および光偏向素子２を含む光学系による平行光の集光位置は、光源１ａおよび光源１ｂの各々の発光面に厳密に位置してなくともよい。すなわち光源１ａおよび光源１ｂの各々の中央部とは、光源１ａの場合、Ｙ軸方向において、中心から±ｙ１ａ／３の範囲内、かつＺ軸方向において、光源１ａの発光面から±３０μｍ、より好ましくは±１０μｍ以下を含んでもよい。

ここで、図５に示したように、位置Ｐ５４のＹ軸方向位置が光源１ａの像高位置となるが、図９では光源１ａの中央部が光軸Ｃ１上に位置するような光線の振る舞いをしている。これは、平行化レンズ３に＋Ｚ軸方向から光軸Ｃ１と平行な光線を入射させた際に、位置Ｐ５４で光線が集中するように平行化レンズ３の形状を設定しているためである。平行化レンズ３の焦点位置は位置Ｐ５４より－Ｚ軸方向となるが、光軸Ｃ１に光源１ａの中央部が配置されている光線の振る舞いをさせることが可能となる。

＜実施の形態１の平行化レンズの特徴＞
図１０は、平行化レンズ３の＋Ｚ軸方向から光軸Ｃ１と平行な光線を入射させた場合の逆光線追跡結果を示す図である。図１０においては光源群１を含む領域“Ｆ”の拡大図を併せて示している。図１０に示されるように、平行化レンズ３の集光点Ｐ８０は、光源１ａより＋Ｚ軸方向側かつ光軸Ｃ１より＋Ｙ軸方向側であることが判る。また、平行化レンズ３の焦点位置Ｐ８０ｆは、集光点Ｐ８０より－Ｚ軸方向側であることが判る。焦点位置Ｐ８０ｆが光源１ａより＋Ｚ軸側に位置するのは、光学素子である光偏向素子２の影響により、平行化レンズ３のバックフォーカスが短くなるからである。また、光線を偏向したことによる角度α１の影響もあると考えられる。なお、図１０の例では集光点Ｐ８０と焦点位置Ｐ８０ｆのＺ軸方向の間隔は約１４０μｍである。

図１０において、平行化レンズ３の＋Ｚ軸側から平行光束を－Ｚ軸方向に入射した場合の集光点Ｐ８０上および、焦点位置Ｐ８０ｆ上の照度分布を、それぞれ図１１および図１２に示す。図１１および図１２では、横軸にＸ軸（ｍｍ）を、縦軸にＹ軸（ｍｍ）を示し、光の強度を５階調に分けて表している。なお、最も明るい白色が強度１００％を表している。

図１１に示されるように、集光点Ｐ８０上では中心が空洞化したリング状の照度分布となっており、半径２０μｍの領域付近において強度が強くなっていることが判る。また、図１２に示されるように、焦点位置Ｐ８０ｆ上では、同心円状の照度分布となって小さな集光スポットが形成されて、焦点位置となっていることが判る。

このように、焦点位置より＋Ｚ軸方向側において、リング状の光強度の強い領域を形成することにより、仮想光源位置が＋Ｙ軸側に位置していても、光軸Ｃ１から出射した場合と同様の光線の振る舞いをさせることが可能となる。

なお、実施の形態１では、光偏向素子２の光出射側に光偏向用の光学面２１および２２を設けているが、光入射側に光偏向用の光学面２１および２２を設けた場合も同様の効果が得られる。なお、リング状の光強度の強い領域を形成しなくとも、光軸Ｃ１上の光利用効率を向上させる効果は得られる。また、図６に示した実施の形態２のミラーＭを用いた構成においても、リング状の照度分布を形成することができる。

＜実施の形態２のミラーを用いた場合の特徴＞
図６に示した実施の形態２のミラーＭを用いた構成の逆光線追跡を行った結果を図１３に示す。図１３においては光源群１およびミラーＭを含む領域“Ｇ”の拡大図と、平行化レンズ３の出射面の領域“Ｆ”の拡大図を併せて示している。

図１３では、平行化レンズ３の＋Ｚ軸方向から光線１１０１ｕ、光線１１０１ｃ、光線１１０１ｄを入射させた場合の逆光線追跡結果を示している。なお、光線１１０１ｕは、光軸Ｃ１に対して角度－０．３１°で平行化レンズ３に入射し、光線１１０１ｃは、光軸Ｃ１に対して平行で平行化レンズ３に入射し、光線１１０１ｄは、光軸Ｃ１に対して角度＋０．３１°で平行化レンズ３に入射している。

図１３より、光線１１０１ｕは、光源１ａの＋Ｙ軸方向端部に集光（結像）し、光線１１０１ｃは、光源１ａの中央部に集光（結像）し、光線１１０１ｄは、光源１ａの－Ｙ軸方向端部に集光（結像）していることが判る。

また、光線１１０１ｕは、光線１１０１ｃの集光位置と比較して－Ｚ軸方向に集光していることが判る。また、光線１１０１ｄは、光線１１０１ｃの集光位置と比較して＋Ｚ軸方向に集光していることが判る。つまり、光偏向素子２を用いた場合と比較して、Ｙ軸方向の集光位置がＺ軸方向にずれるため、光源１ａから出射する光線において、平行化レンズ３出射後の任意の到達面での光線幅がＹ軸方向で不均一となることが判る。

＜実施の形態１および実施の形態２の光偏向素子とミラーとの比較＞
実施の形態１の図５の構成を用いて逆光線追跡を行った結果である図９、および実施の形態２の図６の構成を用いて逆光線追跡を行った結果である図１３において、光源１ａから２０００ｍｍ遠方における評価面（ＸＹ平面）における、光源１ａから出射した光の照度分布を図１４～図１６に示す。なお、光源１ａの発散角は、図３より、Ｘ軸方向（ＲＹ方向）の１／ｅ^２は±約３７°、Ｙ軸方向（ＲＸ方向）の１／ｅ^２は±約５°とした。図１４～図１６においては、横軸にＸ軸（ｍｍ）を、縦軸にＹ軸（ｍｍ）を示し、光の強度を５階調に分けて表している。なお、最も明るい白色が強度１００％を表している。

図１４は光偏向素子２を用いた実施の形態１の場合、図１５はミラーＭを用いた実施の形態２の場合の光の照度分布を示している。図１４より、Ｙ軸方向において光軸Ｃ１上を０ｍｍとした場合、連続して光強度が８０％(最大光強度を１００％として８０％)以上の領域が－８．４ｍｍから＋１０．１ｍｍ（１８．５ｍｍ）の範囲に均一に光が到達していることが判る。また、光強度が最大光強度を１００％として２０％以上の領域は、－１０．３ｍｍから＋１２．３ｍｍ（２２．６ｍｍ）の範囲であることが判る。これより、２０％以上の光強度の領域に対する８０％以上の均一な領域のＹ軸方向の範囲の比率は、は約８１．９％（１８．５ｍｍ／２２．６ｍｍ）となる。

また、図８に示した構成において、焦点距離Ｆ７を６．５ｍｍ、仮想の薄肉レンズ７０３（平行化レンズ３）から評価面までの距離を１９９３．５ｍｍとすると、光源１ａの像高は以下の数式(11)で表される。

（ｙ１ａ／２）×（１９９３．５ｍｍ／６．５ｍｍ）＝１０．７ｍｍ・・・(11)
図１４の照度分布によれば、Ｙ軸方向の照度範囲は２０％以上の光強度の領域から＋側が＋１０．７ｍｍに少し収まっていないが、－側は－１０．７ｍｍに収まっている。また、８０％以上の光強度の領域が±１０．７ｍｍに収まっており、２０％以上の光強度の領域に対する８０％の光強度の領域のＹ軸方向の範囲の比率を考慮すると光軸Ｃ１上に光源１ａがある場合と概ね同等の結果が得られていると考えられる。

一方、図１５より、Ｙ軸方向の照度分布は、Ｙ軸方向において、８０％以上の光強度の領域が－９．３ｍｍから－６．９ｍｍ（２．４ｍｍ）の範囲であることが判る。光強度が高い領域が光軸Ｃ１から離れた位置にあることが判る。また、８０％以上の光強度の領域の範囲が狭いことから、光強度の強い光が集中していることが判る。さらに、２０％以上の光強度は、－１０．２ｍｍから＋１２．８ｍｍ（２２．８ｍｍ）の範囲であることが判る。４０％以上の光強度が±１０．７ｍｍの範囲に収まっていることから、±１０．７ｍｍに概ね収まっていると考えられる。これにより、光軸Ｃ１付近の光利用効率の向上効果は確認できるものの、光軸Ｃ１上の光強度はピーク位置と比較すると低く、見かけ上の光源１ａが傾いていることが影響していると考えられる。

図１６は、比較例として光偏向素子２およびミラーＭを配置しない図４の構成の場合の照度分布を示す図である。図１６より、Ｙ軸方向において光軸Ｃ１上を０ｍｍとした場合、２０％以上の光強度の領域が、－４２．７ｍｍから－２０．７ｍｍ（２２．０ｍｍ）の範囲に概ね均一に光が到達していることが判る。つまり、光軸Ｃ１上には光線が到達していないことが判る。以上からも、光偏向素子２またはミラーＭを用いることで、光軸Ｃ１上の光利用効率が向上する効果が確認できる。つまり、実施の形態１および実施の形態２の光軸Ｃ１上の光利用効率向上の効果が判る。

また、光源１ａおよび光源１ｂの両方を点灯させた場合の光源１ａおよび光源１ｂから２０００ｍｍ遠方における評価面における光の照度分布を図１７～図１９に示す。なお、光源１ａおよび光源１ｂの発散角は、何れも図３より、Ｘ軸方向（ＲＹ方向）の１／ｅ^２は±約３７°、Ｙ軸方向（ＲＸ方向）の１／ｅ^２は±約５°とした。図１７～図１９においては、横軸にＸ軸（ｍｍ）を、縦軸にＹ軸（ｍｍ）を示し、光の強度を５階調に分けて表している。なお、最も明るい白色が強度１００％を表している。

図１７は光偏向素子２を用いた実施の形態１の場合、図１８はミラーＭを用いた実施の形態２の場合、図１９は実施の形態２のミラーＭを用いて平行化レンズ３の焦点位置を＋Ｚ軸方向に１５μｍ移動した場合の照度分布を示している。

図１７より、Ｙ軸方向において、光軸Ｃ１上を０ｍｍとした場合、連続して光強度が８０％以上の領域が－８．９ｍｍから＋８．９ｍｍ（１７．８ｍｍ）の範囲で均一に光が到達していることが判る。また、光強度が２０％以上の領域は、－１１．５ｍｍから＋１１．６ｍｍ（２３．１ｍｍ）の範囲であることが判る。これより、２０％以上の光強度の領域に対する８０％以上の均一な領域のＹ軸方向の範囲の比率は、約７７．１％（１７．８ｍｍ／２３．１ｍｍ）となる。つまり、約７７．１％の範囲で、ピークの山がなく光強度が均一に分布していることが判る。

図１８より、基準位置（光軸Ｃ１位置）に対して＋Ｙ軸側と－Ｙ軸側に２つのピーク位置が存在しており、図１５に比べて光軸Ｃ１を中心とした不均一さが低減されていることが判る。Ｙ軸方向において、光強度が８０％以上の領域が－９．４ｍｍから－５．５ｍｍ（３．９ｍｍ）の範囲および＋５．６ｍｍから＋９．３ｍｍ（３．７ｍｍ）の範囲で２つあることが判る。また、光強度が２０％以上の領域が－１２．０ｍｍから＋１２．０ｍｍ（２４．０ｍｍ）の範囲であることが判る。

また、図１９では、光強度が８０％以上の領域が－２．７ｍｍから＋２．７ｍｍ（５．４ｍｍ）の範囲であることが判る。また、光強度が２０％以上の領域は、－１０．８ｍｍから＋１０．７ｍｍ（２１．５ｍｍ）の範囲であることが判る。これより、２０％以上の光強度の領域に対する８０％以上の光強度が高い領域のＹ軸方向の範囲の比率は、は約２５．１％（５．４ｍｍ／２１．５ｍｍ）となる。つまり、約２５．１％の範囲に光強度が８０％以上の領域が集中しており、光軸Ｃ１上の光利用効率が高いことが判る。換言すると、光軸Ｃ１上の光強度が強くなっており、光軸Ｃ１方向の光利用効率を図１８の場合より向上させることが可能となることが判る。これは、平行化レンズ３の設計を工夫し、逆光線追跡した光線１１０１ｕが、図１３に示す光源１ａの＋Ｙ軸方向端面付近に集光するようにすることで、光軸Ｃ１方向の光利用効率を向上させることが可能となることを意味する。ここで、逆光線追跡した光線１１０１ｕが光源１ａの＋Ｙ軸方向端面付近に集光するとは、換言すれば、図１３の集光位置（平行化レンズ３の焦点位置）が＋Ｚ軸方向に移動することを意味している。

なお、図１９はミラーＭを用いて平行化レンズ３の焦点位置を＋Ｚ軸方向に１５μｍ移動した例であるが、図１８相当以上の光軸Ｃ１上の光利用効率とする構成としては、平行化レンズ３の焦点位置を＋Ｚ軸方向に１５μｍ±１５μｍ移動した構成でもよい。

また、光強度が８０％以上の領域においてＹ軸方向の幅を確認すると、図１９が５．４ｍｍ（±２．７ｍｍ）、図１７が１７．８ｍｍ（±８．９ｍｍ）となる。従って、反射型の光偏向素子であるミラーＭを用いた図１９が透過型の光偏向素子２を用いた図１７より光軸Ｃ１上の光利用効率が高い。なお、図１７はミラーＭの反射率による光損失がないため、全体として光利用効率が高く、評価面上での光利用効率が高い。

以上より、実施の形態１において好適に設計された光偏向素子２を用いることで、２０％以上の光強度の領域に対する８０％以上の光強度が高い領域のＹ軸方向の範囲の比率を７５％以上とすることができ、光軸Ｃ１上の光利用効率を高めつつ、均一な光を光軸Ｃ１上に集めることができる。一例として、光強度均一素子、例えば、ロッドレンズおよびライトパイプにおいて、素子内の反射回数を減らせるため、光学系のサイズ（長さ）を短くすることが可能となる。また、実施の形態２において好適に設計されたミラーＭを含む光学系を用いることで、２０％以上の光強度の領域に対する８０％以上の光強度が高い領域のＹ軸方向の範囲の比率を３０％以下とすることができ、光軸Ｃ１上の光利用効率をさらに高めることができる。一例として、光強度均一素子、例えば、ロッドレンズおよびやライトパイプの開口サイズが小さい場合に、高い光利用効率で光学系に取り込むことが可能となる。

ここで、好適に設計されたミラーＭを含む光学系の例としては、上述のように平行化レンズ３の焦点位置を調整したものが含まれる。平行化レンズ３の焦点位置の調整方法としては、平行化レンズ３を＋Ｚ軸方向に移動する、あるいは光源群を－Ｚ軸方向に移動する方法が挙げられる。

＜実施の形態３：光偏向素子の反転配置の例＞
図２０は実施の形態３の光源装置２１０１の概略構成を示す図である。図１の光源装置１００とは光偏向素子２の構成および平行化レンズ３のＺ軸方向位置が異なる点以外は実施の形態１と同様のため、説明を適宜省略する。実施の形態３の光偏向素子２１２においては、入射した光を偏向する光偏向用の光学面２１２１および２１２２を－Ｚ軸方向側に有している点で図１の構成と異なる。光学面２１２１および２１２２は、平行化レンズ３の中心を通る光軸Ｃ１に向けて共に傾斜している。

＜実施の形態３の光偏向素子２１２＞
光偏向素子２１２の作用を説明する概念図を図２１に示す。光源１ａ、光源１ｂ、間隔ｙ１ｄ、間隔ｙ１ａｃ、間隔ｙ１ｃ、長さｙ１ａ、長さｙ１ｂは図５と同様のため説明を省略する。光偏向素子２１２の最小部分の厚みＴ１は、図５と同じ２８０μｍとする。また、光源１ａと光偏向素子２１２の凹部との間隔Ｄ１ａは、５２０μｍとする。ここで、光偏向素子２１２の材質は例えば、ＨＯＹＡ株式会社のＢＳＣ７であり、波長６３８ｎｍでの屈折率は約１．５１５である。

また、光偏向素子２（図１）および光偏向素子２１２の製造方法において、例えば、＋Ｙ軸方向側を切削と研磨により作製し、光軸Ｃ１を含むＺＸ平面を接着界面として接合してもよい。つまり、２つの同形状の台形状四角柱の素子を接合して１つの光偏向素子２あるいは光偏向素子２１２としてもよい。なお、接合を用いずに、成型により光偏向素子２あるいは光偏向素子２１２を作製してもよい。

＜実施の形態３の光線の振る舞い＞
光線２１０１ｕｕは光源１ａの＋Ｙ軸方向端部から角度α２＝－５°で出射した光線の軌跡を示し、光線２１０１ｕｃは光源１ａの＋Ｙ軸方向端部から角度０°で出射した光線、すなわち、光軸Ｃ１と平行な光線の軌跡を示し、光線２１０１ｕｄは光源１ａの＋Ｙ軸方向端部から角度α５＝＋５°で出射した光線の軌跡を示す。

光線２１０１ｃｕは光源１ａの中央部から角度α２＝－５°で出射した光線の軌跡を示し、光線２１０１ｃｃは光源１ａの中央部から角度０°で出射した光線、すなわち、光軸Ｃ１と平行な光線の軌跡を示し、光線２１０１ｃｄは光源１ａの中央部から角度α５＝＋５°で出射した光線の軌跡を示す。

光線２１０１ｄｕは光源１ａの－Ｙ軸方向端部から角度α２＝－５°で出射した光線の軌跡を示し、光線２１０１ｄｃは光源１ａの－Ｙ軸方向端部から角度０°で出射した光線、すなわち、光軸Ｃ１と平行な光線の軌跡を示し、光線２１０１ｄｄは光源１ａの－Ｙ軸方向端部から角度α５＝＋５°で出射した光線の軌跡を示す。

＜光線２１０１ｃｕ、光線２１０１ｃｃ、光線２１０１ｃｄの軌跡＞
光線２１０１ｕｕ、光線２１０１ｄｕの軌跡において、光線２１０１ｃｕの光線が光偏向素子２１２に入射して進行する角度α２ａ、また、光偏向素子２１２を出射して進行する角度α２ｂが等しいため、光線２１０１ｃｕの光の軌跡に関してのみ説明する。また、光線２１０１ｕｃ、光線２１０１ｄｃは光線２１０１ｃｃの光線が光偏向素子２１２に入射して進行する角度α１ａ、また、光偏向素子２１２を出射して進行する角度α１ｂが等しいため、光線２１０１ｃｃの光の軌跡に関してのみ説明する。そして、光線２１０１ｕｄ、光線２１０１ｄｄは、光線２１０１ｃｄの光線が光偏向素子２１２に入射して進行する角度α５ａ、また、光偏向素子２１２を出射して進行する角度α５ｂが等しいため、光線２１０１ｃｄの光の軌跡に関してのみ説明する。

＜光線２１０１ｃｕの振る舞い＞
光線２１０１ｃｕは、光源１ａの中央部から角度α２＝－５°で出射した後、光偏向素子２１２で屈折してα２ａで＋Ｚ軸方向に進行する。角度α２ａはスネルの法則を用いると、以下の数式(12)で算出される。なお、角度は絶対値で計算する。

ｓｉｎ（｜α８｜－｜α２｜）＝１．５１５×ｓｉｎ（｜α８｜－｜α２ａ｜）・・・(12)
α８を例えば、＋１８．８１°とすると、α２ａ＝－９．７４°となる。なお、計算誤差が生じること等は実施の形態１と同じであり、以下の計算においても同じである。

光偏向素子２１２内を進行した光線２１０１ｃｕは、光偏向素子２１２の出射面で屈折し、角度α２ｂで＋Ｚ軸方向に進行する。角度α２ｂは、以下の数式(13)で算出される。なお、角度は絶対値で計算する。

１．５１５×ｓｉｎ（｜α２ａ｜）＝ｓｉｎ（｜α２ｂ｜）・・・(13)
α２ａ＝－９．７４°として計算すると、α２ｂ＝－１４．８５°となる。

＜光線２１０１ｃｃの振る舞い＞
光線２１０１ｃｃは、光源１ａの中央部から角度０°で出射した後、光偏向素子２１２で屈折してα１ａで＋Ｚ軸方向に進行する。α１ａは以下の数式(14)で算出される。なお、角度は絶対値で計算する。

ｓｉｎ（｜α８｜）＝１．５１５×ｓｉｎ（｜α８｜－｜α１ａ｜）・・・(14)
α８を例えば、＋１８．８１°とすると、α１ａ＝－６．５２°となる。

光偏向素子２１２内を進行した光線２１０１ｃｃは、光偏向素子２１２の出射面で屈折し、角度α１ｂで＋Ｚ軸方向に進行する。角度α１ｂは、以下の数式(15)で算出される。なお、角度は絶対値で計算する。

１．５１５×ｓｉｎ（｜α１ａ｜）＝ｓｉｎ（｜α１ｂ｜）・・・(15)
α１ａ＝－６．５２°として計算すると、α１ｂ＝－９．９１°となる。

＜光線２１０１ｃｄの振る舞い＞
光線２１０１ｃｄは、光源１ａの中央部から角度α５＝＋５°で出射した後、光偏向素子２１２で屈折してα５ａで＋Ｚ軸方向に進行する。α５ａは以下の数式(16)で算出される。なお、角度は絶対値で計算する。

ｓｉｎ（｜α８｜＋｜α５｜）＝１．５１５×ｓｉｎ（｜α８｜－｜α２ａ｜）・・・(16)
α８を例えば、＋１８．８１°とすると、α５ａ＝－３．３６°となる。

光偏向素子２１２内を進行した光線２１０１ｃｄは、光偏向素子２１２の出射面で屈折し、角度α５ｂで＋Ｚ軸方向に進行する。角度α５ｂは、以下の数式(17)で算出される。なお、角度は絶対値で計算する。

１．５１５×ｓｉｎ（｜α５ａ｜）＝ｓｉｎ（｜α５ｂ｜）・・・(17)
α５ａ＝－３．３６°として計算すると、α５ｂ＝－５．０９°となる。

＜見かけ上の光源１ａの位置＞
光線２１０１ｃｕ、光線２１０１ｃｃおよび光線２１０１ｃｄより、光源１ａの中央部から出射した光線が平行化レンズ３に進行する際の光軸Ｃ１に対する角度を算出した。ここで、平行化レンズ３に進行する光線２１０１ｃｕ、光線２１０１ｃｃおよび光線２１０１ｃｄに関して、光偏向素子２１２を配置せずに同様の光線が出射されたと仮定した場合の－Ｚ軸方向における光線の振る舞いを、図２1においては破線で表している。つまり、光線２１０１ｃｕ、光線２１０１ｃｃおよび光線２１０１ｃｄに関して、－Ｚ軸方向の構成をブラックボックス化した際の－Ｚ軸方向での光線の振る舞いを破線で表している。光源１ａの＋Ｙ軸方向端部から出射した光線２１０１ｕｕ、光線２１０１ｕｃ、光線２１０１ｕｄに関しても同様である。また、光源１ａの－Ｙ軸方向端部から出射した光線２１０１ｄｕ、光線２１０１ｄｃ、光線２１０１ｄｄに関しても同様である。この処理により、光源１ａの中央部が図２1中のＰ２１ｃの位置に移動した場合、光源１ａの＋Ｙ軸方向端部が図２1中のＰ２１ｕの位置に移動した場合、光源１ａの－Ｙ軸方向端部が図２1中のＰ２１ｄの位置に移動した場合、と同様の光線の振る舞いをしていることが判る。

このように、実施の形態３の光偏向素子２１２は、図５と同様に光源の配列方向において、光軸Ｃ１より＋側に配置された光源、すなわち光源１ａからの光に対しては、配光方向＋側（＋Ｙ軸方向）に偏向して出射する機能、および光軸Ｃ１より－側に配置された光源、すなわち光源１ｂからの光に対しては、配光方向－側（－Ｙ軸方向）に偏向して出射する機能を有する。これにより、見かけ上の光源１ａおよび光源１ｂのＹ軸方向の位置を光軸Ｃ１方向に移動できる。その結果、見かけ上の光源全体のＹ軸方向の長さを短くできる。

また、図２１から判るように、光源１ａの見かけ上の位置は、光源１ａに対して角度α２１傾いていることが判る。角度α２１は例えば７°である。ただし、図６のミラーを用いた場合と比較して傾きが小さく、像ボケの影響は限定的である。後述する図２２の逆光線追跡結果から、像ボケの影響が小さいことが想定される。

ここで、位置Ｐ２１ｃの光軸Ｃ１からのＹ軸方向長さｙ１ｐａは１７μｍであり、光源１ａと位置Ｐ２１ｃのＺ軸方向の間隔Ｄ３ａは９７μｍであり、図５の間隔Ｄ３より短くなっていることが判る。なお、光偏向素子２１２の影響により収差が発生するため、位置Ｐ２１ｕ、位置Ｐ２１ｃ、位置Ｐ２１ｄは概略位置となる。

＜逆光線追跡によるＹ軸方向の集光位置の確認＞
図２２に実施の形態３の光源装置２１０１の逆光線追跡結果を示す。図２２においては光源群１および光偏向素子２１２を含む領域“Ｉ”の拡大図と、平行化レンズ３の出射面の領域“Ｊ”の拡大図を併せて示している。ここでは、平行化レンズ３の＋Ｚ軸方向から－Ｚ軸方向に進行する光線の逆光線追跡を行い、結像位置を確認する。

図２２では、光線２３０１ｕ、光線２３０１ｃ、光線２３０１ｄの逆光線追跡結果を示しており、光線２３０１ｄは、光軸Ｃ１に対して－０．３１°の角度を有して平行化レンズ３に入射し、光線２３０１ｃは、光軸Ｃ１に対して平行で平行化レンズ３に入射し、光線２３０１ｕは、光軸Ｃ１に対して＋０．３１°の角度を有して平行化レンズ３に入射している。

光源１ａ上の光線を確認すると、光線２３０１ｕは、光源１ａの＋Ｙ軸方向端部に集光（結像）し、光線２３０１ｃは、光源１ａの中央部に集光（結像）し、光線２３０１ｄは、光源１ａの－Ｙ軸方向端部に集光（結像）していることが確認できる。つまり、光偏向素子２１２を挿入することにより、光源１ａが光軸Ｃ１上にある場合と同様の光線の振る舞いをしていることが確認できる。このように、光偏向素子２１２を用いることで、光軸Ｃ１付近の光利用効率が向上する効果が得られる。また、図２１に確認された見かけ上の光源像の傾きα２３は約３°であり、照度分布への影響は概ねないと想定される。これは、平行化レンズ３の収差により傾き角度が軽減されているためであると想定される。

＜平行化レンズ３と光偏向素子２１２の関係＞
図２３は、平行化レンズ３の＋Ｚ軸方向から光軸Ｃ１と平行な光線を入射させた場合の逆光線追跡結果を示す図である。図２３においては光源群１を含む領域“Ｋ”の拡大図を併せて示している。図２３に示されるように、平行化レンズ３の焦点位置Ｐ２４０ｆは、光源１ａより－Ｚ軸方向側であることが判る。それに対し、図１０の平行化レンズ３の焦点位置Ｐ８０ｆが光源１ａより＋Ｚ軸側に位置する点でも実施の形態１と異なる。後述するが、これは、平行化レンズ３の形状は実施の形態１と同様であるが、－Ｚ軸方向に１００μｍ移動させているためである。なお、図２３の光源１ａの発光面と焦点位置Ｐ２４０ｆとのＺ軸方向の間隔Ｄ２４は３３μｍであり、図１０の光源１ａの発光面と焦点位置Ｐ８０ｆとのＺ軸方向の間隔は６７μｍである。つまり、焦点位置を１００μｍ移動させていることとなる。図２２に示す逆光線追跡におけるＹ軸方向の集光位置を光源１ａの発光面付近に合わせるため平行化レンズ３を－Ｚ軸方向に１００μｍ移動させている。

＜実施の形態３の照度分布＞
図２４に光偏向素子２１２を用いて光源１ａおよび光源１ｂの両方を点灯させた場合の光源１ａおよび光源１ｂから２０００ｍｍ遠方における評価面（ＸＹ平面）における光の照度分布を示す。なお、光源１ａおよび光源１ｂの発散角は、何れも図３より、Ｘ軸方向（ＲＹ方向）の１／ｅ^２は±約３７°、Ｙ軸方向（ＲＸ方向）の１／ｅ^２は±約５°とした。図２４においては、横軸にＸ軸（ｍｍ）を、縦軸にＹ軸（ｍｍ）を示し、光の強度を５階調に分けて表している。なお、最も明るい白色が強度１００％を表している。

Ｘ軸方向の照度分布において、光軸Ｃ１上を０ｍｍとした場合、光強度が８０％以上の領域が－７．２ｍｍから＋７．２ｍｍ（１４．４ｍｍ）の範囲で０ｍｍを中心に分離して到達していることが判る。また、光強度が２０％以上の領域は、－１１．５ｍｍから＋１１．４ｍｍ（２２．９ｍｍ）の範囲であることが判る。図１７の実施の形態１の照度分布と比較してＸ軸方向幅の拡がりが広くなっていることが確認できる。

また、Ｙ軸方向の照度分布において、光軸Ｃ１上を０ｍｍとした場合、連続して光強度が８０％以上の領域が－１０．５ｍｍから＋１０．３ｍｍ（２０．８ｍｍ）の範囲で均一に光が到達していることが判る。また、光強度が２０％以上の領域は、－１１．９ｍｍから＋１２．０ｍｍ（２３．９ｍｍ）の範囲であることが判る。

図１７と比較して、Ｙ軸方向への照度分布の拡がり（光強度が２０％以上の領域）は少し広くなっているが、光軸Ｃ１上の光利用効率が向上する効果が確認できる。また、図１７よりＸ軸方向に照度分布が拡がっていることが確認できる。これは、＋Ｚ軸方向から－Ｚ軸方向に光軸Ｃ１と平行な光線を入射した際に、Ｙ軸方向は光源１ａの発光面で集光するのに対し、Ｘ軸方向は光源１ａの発光面で集光していない、すなわち発光面より－Ｚ軸方向で集光していることを意味している。つまり、Ｘ軸方向の光線とＹ軸方向の光線に対する集光位置が異なっていることを示している。従って、光偏向素子２１２の傾斜面を－Ｚ軸方向としたことにより、Ｘ軸方向の光線とＹ軸方向の光線に対する集光位置が照度分布に影響するほどに異なるという新たな課題が発生したと考えられる。ただし、例えば、実施の形態３の光源装置２１０１を用いて、スクリーン上へ投射する画面サイズが横：縦＝４：３のように正方形に近い場合はスクリーンの横を光源装置のＹ軸方向に対応させ、スクリーンの縦を光源装置のＸ軸方向に対応させることにより、効率の低下を抑制してスクリーンに光を導くことが可能となる。Ｘ軸方向の光強度が２０％以上の領域が２２．９ｍｍ、Ｙ軸方向の光強度が２０％以上の領域が２３．９ｍｍより、Ｘ：Ｙ＝１：１．０４となり、横：縦＝４：３との対応が比較的好ましい。

ここで、投射装置は一般的に、光源装置と照明光学系と投射光学系から構成され、光源装置の光の強度分布を均一化する光強度均一化素子に光源装置の光を集光し、光強度均一化素子で均一化された光を照明光学系で表示デバイスに転送し、表示デバイスで形成された画像を投射光学系でスクリーンへ拡大投射する。

光強度均一化素子と表示デバイスの縦横比は概ね等しくなるため、例えば、画面解像度がＸＧＡ（eXtended Graphics Array）の場合等は４：３、およびフルＨＤ（フルハイビジョン）の場合は１６：９の縦横比となる。なお、１６：９の縦横比となる場合、図２４の照度分布よりＸ軸方向の照度分布の拡がりが狭い方が好ましい。

＜Ｘ軸方向とＹ軸方向で集光位置が異なることの説明＞
図２５および図２６を用いて光源群１と平行化レンズ３の位置関係を説明する。図２５は、実施の形態１で示した図７と同様の図であり、光源１ａの＋Ｙ軸方向端部、中心および－Ｙ軸方向端部から±５°の拡がりをもって＋Ｚ軸方向に光線が進行した場合の光線追跡結果を示す。また、図２６は、実施の形態３の光源１ａの＋Ｙ軸方向端部、中心および－Ｙ軸方向端部から±５°の拡がりをもって＋Ｚ軸方向に光線が進行した場合の光線追跡結果を示す。

後に説明するＸ軸方向の光線の逆光線追跡を行うにあたり、Ｙ軸方向位置を決めるため、平行化レンズ３を出射した時点のＹ軸方向高さを確認する。図２５より、－５°で出射した光線が平行化レンズ３を出射する高さと光軸Ｃ１の間隔ｙ２６ｔ１は１．８ｍｍ、＋５°で出射した光線が平行化レンズ３を出射する高さと光軸Ｃ１の間隔ｙ２６ｂ１は０．５ｍｍとなる。また、図２６より、－５°で出射した光線が平行化レンズ３を出射する高さと光軸Ｃ１の間隔ｙ２６ｔ２は１．７ｍｍ、＋５°で出射した光線が平行化レンズ３を出射する高さと光軸Ｃ１の間隔ｙ２６ｂ２は０．５ｍｍとなる。

なお、図２５の光源１ａの発光面と平行化レンズ３の＋Ｚ軸方向端部のＺ軸方向間隔Ｄ２６１は、８．１４ｍｍ、図２６の光源１ａの発光面と平行化レンズ３の＋Ｚ軸方向端部のＺ軸方向間隔Ｄ２６２は、８．０４ｍｍであり、平行化レンズ３の位置が１００μｍ異なる。

＜実施の形態１のＸ軸方向の逆光線追跡＞
図２７に実施の形態１のＸ軸方向の逆光線追跡結果を示す。図２７では光源１ａを含む領域“Ｌ”の拡大図として、図２５に示したＹ軸方向位置が間隔ｙ２６ｂ１に相当する光軸Ｃ１から＋Ｙ軸方向に０．５ｍｍの高さで光線が入射する場合と、Ｙ軸方向位置が間隔ｙ２６ｔ１に相当する光軸Ｃ１から＋Ｙ軸方向に１．８ｍｍの高さで光線が入射する場合の拡大図を示す。図２７より、間隔ｙ２６ｂ１の場合には、集光位置の範囲は、光源１ａの発光面に対して、－Ｚ軸方向側にＤｚ１ｍ＝４１．９μｍ、＋Ｚ軸方向側にＤｚ１ｐ＝４７．３μｍ、つまり－４１．９μｍ～＋４７．３μｍの範囲内に集光することが判る。また、間隔ｙ２６ｔ１の場合には、集光位置の範囲は、光源１ａの発光面に対して、－Ｚ軸方向側にＤｚ２ｍ＝９．８μｍ、＋Ｚ軸方向側にＤｚ２ｐ＝１４．６μｍ、つまり－９．８μｍ～＋１４．６μｍの範囲内に集光することが判る。Ｙ軸方向位置が低いと集光範囲が広くなることが確認できる。また、平均で考えると集光位置が＋Ｚ軸方向に少しずれていることが確認できる。

＜実施の形態３のＸ軸方向の逆光線追跡＞
図２８に実施の形態３のＸ軸方向の逆光線追跡結果を示す。図２８では光源１ａを含む領域“Ｍ”の拡大図として、図２６に示したＹ軸方向位置が間隔ｙ２６ｂ２に相当する光軸Ｃ１から＋Ｙ軸方向に０．５ｍｍの高さで光線が入射する場合と、Ｙ軸方向位置が間隔ｙ２６ｔ２に相当する光軸Ｃ１から＋Ｙ軸方向に１．７ｍｍの高さで光線が入射する場合の拡大図を示す。図２８より、間隔ｙ２６ｂ２の場合には、集光位置の範囲は、光源１ａの発光面に対して、－Ｚ軸方向側にＤｚ３ｍ＝１４２μｍ、Ｄｚ３ｐ＝５２．８μｍ、つまり－１４２μｍ～－５２．８μｍの範囲内に集光することが判る。また、間隔ｙ２６ｔ２の場合には、集光位置の範囲は、光源１ａの発光面に対して、－Ｚ軸方向側にＤｚ４ｍ＝１１１．９μｍ、Ｄｚ４ｐ＝８５．７μｍ、つまり－１１１．９μｍ～－８５．７μｍの範囲内に集光することが判る。Ｙ軸方向位置が低いと集光範囲が広くなることが確認できる。また、平均で考えると集光位置が光源１ａの発光面に対して、－Ｚ軸方向に５０μｍ以上、約９８μｍ移動した位置になっていることが判る。－Ｚ軸方向に約９８μｍ集光位置が移動していることから、光源１ａの中心からＸ軸方向に拡がって出射した光線が平行化レンズ３を出射後に、実施の形態１より角度を有して、すなわち平行度が低く出射することが、図２４に示すようにＸ軸方向に照度分布が拡がる要因であると考えられる。

＜平行化レンズ３と光偏向素子２１２を移動させた場合の照度分布＞
図２９および図３０に、実施の形態３の光源１ａおよび光源１ｂの両方を点灯させた場合の光源１ａおよび光源１ｂから２０００ｍｍ遠方における評価面における光の照度分布を示す。図２９は実施の形態３の平行化レンズ３と光偏向素子２１２を＋Ｚ軸方向に１５０μｍ移動させた場合の照度分布を示す。図３０は実施の形態３の平行化レンズ３と光偏向素子２１２を＋Ｚ軸方向に１００μｍ移動させた場合の照度分布を示す。なお、光源１ａおよび光源１ｂの発散角は、何れも図３より、Ｘ軸方向（ＲＹ方向）の１／ｅ^２は±約３７°、Ｙ軸方向（ＲＸ方向）の１／ｅ^２は±約５°とした。図２９および図３０においては、横軸にＸ軸（ｍｍ）を、縦軸にＹ軸（ｍｍ）を示し、光の強度を５階調に分けて表している。なお、最も明るい白色が強度１００％を表している。

ここで、図１７に示した実施の形態１のＸ軸方向の照度分布において、光軸Ｃ１上を０ｍｍとした場合、連続して光強度が８０％以上の領域が－０．６ｍｍから＋０．６ｍｍ（１．２ｍｍ）の範囲で均一に光が到達していることが判る。また、光強度が２０％以上の領域は、－１．８ｍｍから＋１．８ｍｍ（３．６ｍｍ）の範囲であることが判る。

一方、図３０のＸ軸方向の照度分布において、光軸Ｃ１上を０ｍｍとした場合、連続して光強度が８０％以上の領域が－０．８ｍｍから＋０．８ｍｍ（１．６ｍｍ）の範囲で均一に光が到達していることが判る。また、光強度が２０％以上の領域は、－１．９ｍｍから＋１．９ｍｍ（３．８ｍｍ）の範囲であることが判る。図１７の照度分布と比較して、Ｘ軸方向幅の拡がりがわずかに広くなっていることが確認できる。また、図３０のＹ軸方向の照度分布において、光軸Ｃ１上を０ｍｍとした場合、連続して光強度が８０％以上の領域が－１０．０ｍｍから＋１０．０ｍｍ（２０．０ｍｍ）の範囲で均一に光が到達していることが判る。また、光強度が２０％以上の領域は、－１２．３ｍｍから＋１２．４ｍｍ（２４．７ｍｍ）の範囲であることが判る。これより、図１７の照度分布と比較して少し、Ｙ軸方向幅の拡がりが広くなっていることが確認できる。

なお、図３０のＸ軸方向の照度分布から判るように、平行化レンズ３と光偏向素子２１２を＋Ｚ軸方向に１００μｍ移動させることで、光源１ａの発光面にＸ軸方向の焦点位置が概ね一致するため、Ｘ軸方向の焦点位置が光源１ａの発光面に対して－Ｚ軸方向に約１００μｍ移動している図２４と比較して照度分布のＸ軸方向の拡がりが小さくなっていることが確認できる。このことから、光源の発散角が大きいＸ軸方向の焦点位置を光源の発光面に合わせることが好ましいと考えられる。つまり、発散角度が小さいＹ軸方向は発散角度が大きいＸ軸方向より焦点深度が深くなり、焦点位置に対する感度が低くなり、照度分布への影響が小さくなるため、発散角度が大きいＸ軸方向の焦点位置に合わせることが好ましいと考えられる。

また、図２９から、実施の形態３の平行化レンズ３と光偏向素子２１２を＋Ｚ軸方向にさらに５０μｍ移動させると、光強度が２０％以上の領域がＸ軸方向で広がることが確認でき、Ｘ軸方向の焦点位置をＹ軸方向の焦点位置より優先することが好ましいことが判る。

＜Ｘ軸方向とＹ軸方向の集光位置の補正＞
以上説明したように、入射面に傾斜を有する光偏向素子２１２を用いた場合は、Ｘ軸方向とＹ軸方向で平行化レンズ３に＋Ｚ軸方向から－Ｚ軸方向に光線を入射する逆光線追跡をした際に焦点位置が異なり、Ｙ軸方向の焦点を合わせるとＸ軸方向が評価面でボケることが判る。Ｘ軸方向とＹ軸方向の焦点位置の差異に関しては、平行化レンズ３の＋Ｚ軸方向側の面をＺ軸に対して回転対称な非球面ではなく、ＹＺ平面の曲率よりＺＸ平面の曲率を大きくすることにより、Ｘ軸方向の焦点位置を＋Ｚ軸方向に移動することが可能となり、Ｙ軸方向の焦点位置に近づけることが可能となると想定される。つまり、平行化レンズ３の＋Ｚ軸方向側の面をアナモフィック非球面とするとよいと考えられる。例えば、平行化レンズ３の＋Ｚ軸方向側の面で、ＺＸ平面において、ＹＺ平面と同様のコーニック定数、非球面係数とし、曲率のみ大きくすればよい。例えば、ＹＺ平面の曲率半径を４．９０ｍｍ、ＺＸ平面の曲率半径を４．８１ｍｍとしてもよい。なお、入射面すなわち－Ｚ軸方向側の面はＺ軸中心に回転対称な形状でよい。例えば、曲率半径が４３．７ｍｍの球面の凹形状でもよい。

＜実施の形態４：アナモフィック非球面を用いた場合の照度分布＞
図３１は、実施の形態４の光源装置として、平行化レンズ３の＋Ｚ軸方向側の面をアナモフィック非球面とした場合の照度分布を示す。すなわち、図３１には、平行化レンズ３の＋Ｚ軸方向の面において、ＹＺ平面の曲率よりＺＸ平面の曲率を大きくしたアナモフィック非球面、例えばＹＺ平面の曲率半径を４．９０ｍｍ、ＺＸ平面の曲率半径を４．８１ｍｍとし、光源１ａおよび光源１ｂの両方を点灯させた場合の光源１ａおよび光源１ｂから２０００ｍｍ遠方における評価面における光の照度分布を示す。なお、光源１ａおよび光源１ｂの発散角は、何れも図３より、Ｘ軸方向（ＲＹ方向）の１／ｅ^２は±約３７°、Ｙ軸方向（ＲＸ方向）の１／ｅ^２は±約５°とした。図３１においては、横軸にＸ軸（ｍｍ）を、縦軸にＹ軸（ｍｍ）を示し、光の強度を５階調に分けて表している。なお、最も明るい白色が強度１００％を表している。

図３１のＸ軸方向の照度分布において、光軸Ｃ１上を０ｍｍとした場合、連続して光強度が８０％以上の領域が－０．４ｍｍから＋０．５ｍｍ（０．９ｍｍ）の範囲で均一に光が到達していることが判る。また、光強度が２０％以上の領域は、－１．５ｍｍから＋１．５ｍｍ（３．０ｍｍ）の範囲であることが判る。図１７の照度分布と比較してＸ軸方向幅の拡がりが少し狭くなっていることが確認できる。

また、Ｙ軸方向の照度分布において、光軸Ｃ１上を０ｍｍとした場合、連続して光強度が８０％以上の領域が－９．９ｍｍから＋９．９ｍｍ（１９．８ｍｍ）の範囲で均一に光が到達していることが判る。また、光強度が２０％以上の領域は、－１２．５ｍｍから＋１２．６ｍｍ（２５．１ｍｍ）の範囲であることが判る。これより、図１７の照度分布と比較して、Ｙ軸方向幅の拡がりが少し広くなっていることが確認できる。

以上より、光偏向素子２を用いた実施の形態１の光源装置１００の図１７の照度分布と概ね同様の照度分布が得られることが確認できる。これにより、アナモフィック非球面の効果が確認できた。また、図３０に示したデフォーカスした場合の照度分布と比較すると、照度分布のＸ軸方向の拡がりがさらに抑制されていることが確認できる。なお、平行化レンズ３において、ＺＸ平面およびＹＺ平面において非球面形状であることが好ましく、どちらか一方が球面となる場合、例えば、トロイダル面では、Ｘ軸方向の拡がりが抑制されるものの、収差の影響が大きく、評価面の光軸Ｃ１付近に到達する光の利用効率が低下する。

本実施の形態４で説明しているアナモフィック非球面は、ＹＺ平面とＺＸ平面のコーニック定数、非球面係数が等しく、曲率半径のみ異なる場合を示している。なお、ＹＺ平面とＺＸ平面のコーニック定数、非球面係数を異なる形状としてもよいが、形状が複雑化し加工性への影響が懸念される。

また、平行化レンズ３の＋Ｚ軸側の面形状に関して説明したが、＋Ｚ軸側の面形状をＺ軸中心に回転対称な非球面形状とし、－Ｚ軸方向の面に対して、ＺＸ平面の曲率をＹＺ平面の曲率より大きくしてもよい。例えば、＋Ｚ軸側の面は、＋Ｚ軸側の面形状の曲率半径を４．９０ｍｍとしたＺ軸中心に回転対称な非球面とし、－Ｚ軸側の面は、－Ｚ軸側の面形状のＹＺ平面の曲率半径を４３．７ｍｍ、ＺＸ平面の曲率半径を７０ｍｍとした凹形状のトロイダル面でもよい。－Ｚ軸側の面形状は凹面、すなわち負の曲率のため、曲率は、ＹＺ平面よりＺＸ平面の方が大きい。なお、曲率は曲率半径の逆数である。

＜－Ｚ軸方向の面がトロイダル面の場合＞
図３２は、実施の形態４の光源装置の変形例として、平行化レンズ３の－Ｚ軸方向側の面をトロイダル面とした場合の照度分布を示す。すなわち、図３２には、平行化レンズ３の－Ｚ軸側の面においてＹＺ平面の曲率半径を４３．７ｍｍ、ＺＸ平面の曲率半径を７０ｍｍとした凹形状のトロイダル面とし、＋Ｚ軸方向側の面形状を回転対称の非球面とし、光源１ａおよび光源１ｂの両方を点灯させた場合の光源１ａおよび光源１ｂから２０００ｍｍ遠方における評価面における光の照度分布を示す。なお、光源１ａおよび光源１ｂの発散角は、何れも図３より、Ｘ軸方向（ＲＹ方向）の１／ｅ^２は±約３７°、Ｙ軸方向（ＲＸ方向）の１／ｅ^２は±約５°とした。図３２においては、横軸にＸ軸（ｍｍ）を、縦軸にＹ軸（ｍｍ）を示し、光の強度を５階調に分けて表している。なお、最も明るい白色が強度１００％を表している。

図３２のＸ軸方向の照度分布において、光軸Ｃ１上を０ｍｍとした場合、連続して光強度が８０％以上の領域が－０．４ｍｍから＋０．４ｍｍ（０．８ｍｍ）の範囲で均一に光が到達していることが判る。また、光強度が２０％以上の領域は、－１．３ｍｍから＋１．３ｍｍ（２．６ｍｍ）の範囲であることが判る。図１７の照度分布と比較して、Ｘ軸方向幅の拡がりが少し狭くなっていることが確認できる。

また、Ｙ軸方向の照度分布において、光軸Ｃ１上を０ｍｍとした場合、連続して光強度が８０％以上の領域が－１０．１ｍｍから＋１０．０ｍｍ（２０．１ｍｍ）の範囲で均一に光が到達していることが判る。また、光強度が２０％以上の領域は、－１２．５ｍｍから＋１２．５ｍｍ（２５．０ｍｍ）の範囲であることが判る。これより、図１７の照度分布と比較して少し、Ｙ軸方向幅の拡がりが広くなっていることが確認できる。

以上より、光偏向素子２を用いた実施の形態１の光源装置１００の図１７の照度分布と概ね同様の照度分布が得られることが確認できる。これにより、トロイダル面の効果が確認できた。また、図３０に示したデフォーカスした場合の照度分布と比較すると、照度分布のＸ軸方向の拡がりがさらに抑制されていることが確認できる。

ここで実施の形態４においては、平行化レンズ３の－Ｚ軸方向側の面と＋Ｚ軸方向側の面とで異なる形状を示しているが、これに限定されるものではなく、平行化レンズ３において、ＺＸ平面の曲率がＹＺ平面の曲率より大きくなればよい。

実施の形態４の変形例において効果を示すトロイダル面は、ＺＸ平面およびＹＺ平面において、コーニック定数＝０と非球面係数＝０の場合を示している。コーニック定数と非球面係数を有していると、形状が複雑化するという懸念がある。つまり、ＺＸ平面およびＹＺ平面は球面の曲率または曲率半径が異なるトロイダル面となる。なお、実施の形態１より実施の形態３の方が、平行化レンズ３の＋Ｚ軸方向側の面をアナモフィック非球面にする、あるいは－Ｚ軸方向側の面をトロイダル面にする効果が大きい。しかし、図１７の照度分布のように、＋Ｚ軸方向側に光偏向素子２の傾斜面を有している場合においてもＸ軸方向側の光線の集光位置とＹ軸方向側の集光位置は異なっており、平行化レンズ３の＋Ｚ軸方向側の面をアナモフィック非球面にすることにより、Ｘ軸方向の評価面での照度分布幅を狭くしてもよい。また、平行化レンズ３の－Ｚ軸方向側の面をトロイダル面としてもよい。

＜実施の形態１にアナモフィック非球面を適用した場合＞
実施の形態１の光源装置１００の平行化レンズ３を＋Ｚ軸方向側の面で、ＺＸ平面において、ＹＺ平面と同様のコーニック定数、非球面係数とし、曲率のみ大きくしてアナモフィック非球面としてもよい。例えば、ＹＺ平面の曲率半径を４．９０ｍｍ、ＺＸ平面の曲率半径を４．８９５ｍｍとする。なお、入射面すなわち－Ｚ軸方向側の面はＺ軸中心に回転対称な形状でよい。例えば、曲率半径が４３．７ｍｍの球面の凹形状でもよい。

図３３に光源１ａおよび光源１ｂの両方を点灯させた場合の光源１ａおよび光源１ｂから２０００ｍｍ遠方における評価面における光の照度分布を示す。なお、光源１ａおよび光源１ｂの発散角は、何れも図３より、Ｘ軸方向（ＲＹ方向）の１／ｅ^２は±約３７°、Ｙ軸方向（ＲＸ方向）の１／ｅ^２は±約５°とした。図３３においては、横軸にＸ軸（ｍｍ）を、縦軸にＹ軸（ｍｍ）を示し、光の強度を５階調に分けて表している。なお、最も明るい白色が強度１００％を表している。

図３３のＸ軸方向の照度分布において、光軸Ｃ１上を０ｍｍとした場合、連続して光強度が８０％以上の領域が－０．５ｍｍから＋０．５ｍｍ（１．０ｍｍ）の範囲で均一に光が到達していることが判る。また、光強度が２０％以上の領域は、－１．８ｍｍから＋１．８ｍｍ（３．６ｍｍ）の範囲であることが判る。図１７と比較して、光強度が８０％以上の領域のＸ軸方向幅の拡がりが若干狭くなっていることが確認できる。

また、Ｙ軸方向の照度分布において、光軸Ｃ１上を０ｍｍとした場合、連続して光強度が８０％以上の領域が－８．８ｍｍから＋８．８ｍｍ（１７．６ｍｍ）の範囲で均一に光が到達していることが判る。また、光強度が２０％以上の領域は、－１１．５ｍｍから＋１１．５ｍｍ（２３．０ｍｍ）の範囲であることが判る。これより、図１７の照度分布と比較して、Ｙ軸方向幅の拡がりが概ね等しいことが確認できる。

以上より、実施の形態１の光源装置１００の平行化レンズ３にアナモフィック非球面を適用した場合、アナモフィック非球面を適用していない場合の図１７の照度分布と比較して、Ｘ軸方向の照度分布が若干ではあるが狭くなることが確認できる。これにより、アナモフィック非球面の効果が確認できた。

なお、実施の形態４と同様の効果が得られる実施の形態１の光源装置１００の平行化レンズ３に適用するアナモフィック非球面は、ＹＺ平面とＺＸ平面のコーニック定数、非球面係数が等しく、曲率半径のみ異なる場合を示している。

また、図２７を用いて説明したように、実施の形態１の光源装置１００においては、Ｘ軸方向の光線の集光位置が光源の発光面より＋Ｚ軸方向側に位置すると想定されるが、図３３の照度分布の結果から光源の強度分布（配光）を考慮すると、Ｘ軸方向の光線の集光位置が発光面より－Ｚ軸方向側に位置すると考えられるため、ＺＸ平面の曲率をＹＺ平面の曲率より大きくすることで効果が得られたと考えられる。

＜実施の形態１にトロイダル面を適用した場合＞
実施の形態１の光源装置１００の平行化レンズ３を＋Ｚ軸側の面形状をＺ軸中心に回転対称な非球面形状とし、－Ｚ軸方向の面に対して、ＺＸ平面の曲率をＹＺ平面の曲率より大きくしてトロイダル面としてもよい。例えば、＋Ｚ軸側の面は、＋Ｚ軸側の面の曲率半径を４．９０ｍｍとしたＺ軸中心に回転対称な非球面とし、－Ｚ軸側の面は、－Ｚ軸側の面のＹＺ平面の曲率半径を４３．７ｍｍ、ＺＸ平面の曲率半径を５０ｍｍとした凹形状のトロイダル面でもよい。－Ｚ軸側の面形状は凹面、すなわち負の曲率のため、曲率は、ＹＺ平面よりＺＸ平面の方が大きい。

図３４に光源１ａおよび光源１ｂの両方を点灯させた場合の光源１ａおよび光源１ｂから２０００ｍｍ遠方における評価面における光の照度分布を示す。なお、光源１ａおよび光源１ｂの発散角は、何れも図３より、Ｘ軸方向（ＲＹ方向）の１／ｅ^２は±約３７°、Ｙ軸方向（ＲＸ方向）の１／ｅ^２は±約５°とした。図３４においては、横軸にＸ軸（ｍｍ）を、縦軸にＹ軸（ｍｍ）を示し、光の強度を５階調に分けて表している。なお、最も明るい白色が強度１００％を表している。

図３４のＸ軸方向の照度分布において、光軸Ｃ１上を０ｍｍとした場合、連続して光強度が８０％以上の領域が－０．３ｍｍから＋０．３ｍｍ（０．６ｍｍ）の範囲で均一に光が到達していることが判る。また、光強度が２０％以上の領域は、－１．３ｍｍから＋１．３ｍｍ（２．６ｍｍ）の範囲であることが判る。図１７の照度分布と比較して、Ｘ軸方向幅の拡がりが狭くなっていることが確認できる。

また、Ｙ軸方向の照度分布において、光軸Ｃ１上を０ｍｍとした場合、連続して光強度が８０％以上の領域が－９．１ｍｍから＋９．０ｍｍ（１８．１ｍｍ）の範囲で均一に光が到達していることが判る。また、光強度が２０％以上の領域は、－１１．３ｍｍから＋１１．３ｍｍ（２２．６ｍｍ）の範囲であることが判る。これより、図１７の照度分布と比較して、Ｙ軸方向幅の拡がりが概ね等しいことが確認できる。

以上より、光源装置１００の平行化レンズ３にトロイダル面を適用した場合、トロイダル面を適用していない場合の図１７の照度分布と比較して、Ｘ軸方向の照度分布が狭くなることが確認できる。これにより、トロイダル面の効果が確認できた。

なお、実施の形態４と同様の効果が得られる実施の形態１の光源装置１００の平行化レンズ３に適用するトロイダル面は、ＺＸ平面およびＹＺ平面において、コーニック定数＝０と非球面係数＝０の場合を示している。コーニック定数と非球面係数を有していると、形状が複雑化するという懸念がある。つまり、ＺＸ平面およびＹＺ平面は球面の曲率（または曲率半径）が異なるトロイダル面となる。

また、図２７を用いて説明したように、実施の形態１の光源装置１００においては、Ｘ軸方向の光線の集光位置が光源の発光面より＋Ｚ軸方向側に位置すると想定されるが、図３４の照度分布の結果からも光源の強度分布（配光）を考慮すると、Ｘ軸方向の光線の集光位置が発光面より－Ｚ軸方向側に位置すると考えられるため、ＺＸ平面の曲率をＹＺ平面の曲率より大きくすることで効果が得られたと考えられる。

＜実施の形態３の傾斜面が曲面の場合＞
図２０に示した実施の形態３の光源装置２１０１の光偏向素子２１２の－Ｚ軸方向側の傾斜面が平面ではなく曲面の場合は、例えば、光軸Ｃ１より＋Ｙ軸方向側の曲面が、光源１ａの中心部より＋Ｙ軸方向に曲率中心が位置する球面あるいは非球面となり、光源１ａから出射した光線を＋Ｙ軸方向に偏向して出射することとなる。この際、曲率が大きいほど偏向による影響が強くなる。この対策の一例として、平行化レンズ３出射後の光線を光軸Ｃ１と平行とするために、例えば、平行化レンズ３において、光軸Ｃ１より＋Ｙ軸方向側の曲面に対して、平行化レンズ３の曲率中心を－Ｙ軸方向とすることで、＋Ｙ軸方向に進行していた光線を－Ｙ軸方向に偏向させることにより、光軸Ｃ１と平行な光線とすることが可能となる。

つまり、平行化レンズ３を、光軸Ｃ１より＋Ｙ軸方向側の曲面に対して、平行化レンズ３の曲率中心を－Ｙ軸方向とし、光軸Ｃ１より－Ｙ軸方向側の曲面に対して、平行化レンズ３の曲率中心を＋Ｙ軸方向とし、曲率中心位置が異なる２つのレンズを一体化することにより、図１７の照度分布と同様にＹ軸方向の見かけ上の光源の長さを短くすることが可能となる。

なお、光偏向素子２１２の－Ｚ軸方向側の傾斜面を曲面にすることによる製造コストと、曲率中心が異なるレンズを一体化する製造コストを考慮すると、実施の形態１、実施の形態３あるいは実施の形態４方が好ましいと考えられる。

＜実施の形態５：３つ以上の光源数の例＞
図３５は実施の形態５の光源装置１００Ａの概略構成を示す図である。図３５に示されるように、光源の数を３つ以上にすることが可能である。図３５に示す例では、光軸Ｃ１に対して対象に配置される光源１４ａ（第１の光源）、光源１４ｂ（第２の光源）に加えて、光軸Ｃ１上にさらに光源１４ｃ（第３の光源）を配置している。このような光源群１４を用いる場合、図３５に示すような光偏向素子２０を用いることができる。図３５に示す光偏向素子２０は、光軸Ｃ１上に光軸Ｃ１と垂直な基準平面（ＸＹ平面）に対して傾斜を有しない第１の光学面２０ｃと、その両側に、規準平面に対して傾斜を有する第２の光学面２０ａおよび第３の光学面２０ｂを含んでいる。第１の光学面２０ｃは、光源１４ｃから出射した光線を同一の角度で光偏向素子２０から＋Ｚ軸方向に出射する。第２の光学面２０ａは、光源１４ａから出射した光線を例えば、図５の光線５０１ｃｃのように＋Ｙ軸方向に角度を有して＋Ｚ軸方向に出射する。第３の光学面２０ｂは、光源１４ｂから出射した光線を－Ｙ軸方向に角度を有して＋Ｚ軸方向に出射する。なお、第２の光学面２０ａにより、光源１４ａの仮想的な集光点は＋Ｚ軸方向に移動し、第３の光学面２０ｂにより、光源１４ｂの仮想的な集光点は、＋Ｚ軸方向に移動する。従って、両者の仮想的な集光点にＺ軸方向位置を合わせるように次のような調整をしてもよい。すなわち、第１の光学面２０ｃを＋Ｚ軸方向に移動させて、空気換算長を調整してもよい。また、光源１４ｃを＋Ｚ軸方向に移動させてもよい。

このような構成を採ることによって、光軸Ｃ１付近の光利用効率をさらに向上させることが可能となる。

なお、図３５に示す例では、光入射側に光偏向用の光学面を配置する例を示したが、該光学面を光出射側に設けることも可能である。このような構成を採ることによって、光軸Ｃ１付近の光利用効率をさらに向上させることが可能となる。

また、ミラーを用いて同様の偏向機能を代替することも可能である。この場合、図３５に示した光偏向素子２０の代替とする場合には、傾斜を有しない第１の光学面２０ｃに対応する部分にはミラーを設けず、第２の光学面２０ａおよび第３の光学面２０ｂに対応する部分にはミラーを設けることとなる。また、図３５の場合と同様に光源１４ａおよび光源１４ｂの仮想的な集光点のＺ軸方向位置に合わせるように光源１４ｃを＋Ｚ軸方向に移動してもよい。従って、本開示では広義の「光偏向素子」には、反射を用いて光を偏向させることにより光源の配列方向での見かけ上の光源全体のＹ軸方向の長さを調整する部材（本例では上記ミラー）も含まれるものとする。なお、本実施の形態５の効果を得るためには、光源数を２つ以上とした構成が好ましい。また、実施の形態４の平行化レンズ３を用いることにより、実施の形態４の効果を得ることが可能である。

本開示は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、本開示がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本開示の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

なお、本開示は、その開示の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims (10)

1. Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を含むＸＹＺ座標系におけるＺ軸方向の照射対象に光を照射する光源装置であって、
   前記ＸＹＺ座標系におけるＹ軸方向に離間して配置され、前記Ｙ軸方向の発散角が前記ＸＹＺ座標系におけるＸ軸方向の発散角よりも小さい光を発する第１光源および第２光源を含み、光束を発する光源群と、
   前記光源群が発する前記光束を平行化する平行化レンズと、
   前記Ｚ軸方向において前記光源群と前記平行化レンズとの間に配置され、前記第１光源が発する光を偏向する平面の第１光学面および前記第２光源が発する前記光を偏向する平面の第２光学面を用いて前記Ｚ軸方向の前記照射対象に向けて凹型に構成され、前記光源群から発せられた前記光束を偏向して前記平行化レンズに入射させる光偏向素子と、を備え、前記第１光源は、前記Ｚ軸方向で前記第１光学面に対向するように配置され、前記第２光源は、前記Ｚ軸方向で前記第２光学面に対向するように配置される、光源装置。
2. 前記光偏向素子は、
   前記第１光源および前記第２光源の各々から発せられた前記光を透過し、屈折させて前記平行化レンズの前記Ｚ軸方向から離れる方向に偏向する、請求項１記載の光源装置。
3. 前記Ｙ軸方向に拡がりを有して前記第１光源および前記第２光源を出射した前記光は、前記Ｙ軸方向に拡がりを有して前記光偏向素子を出射し、
   前記Ｙ軸方向に拡がりを有して前記平行化レンズに入射した前記光は、前記平行化レンズにより前記Ｚ軸方向に対して平行となり出射する、請求項１または請求項２記載の光源装置。
4. 前記光偏向素子は、
   前記第１光源および前記第２光源の各々から発せられた前記光を反射させて前記平行化レンズの前記Ｚ軸方向から離れる方向に偏向する、請求項１記載の光源装置。
5. 前記光偏向素子は光の反射面を有し、
   前記第１光源および前記第２光源の中の１つの光源の中央部と前記Ｚ軸との距離を間隔ｙ１ａｃとし、
   前記１つの光源の前記中央部と前記反射面との距離を間隔Ｄ４とし、
   前記反射面の前記Ｚ軸に対する傾き角をα９とした場合に、
   前記間隔Ｄ４は、
   ｙ１ａｃ／Ｄ４＝ｓｉｎ（２×｜α９｜）の関係式に基づいて設定され、
   前記間隔Ｄ４は、±１０％の誤差が許容される、請求項４記載の光源装置。
6. 前記Ｚ軸に沿った方向において前記第１光源および前記第２光源とは反対側から前記平行化レンズに平行光を入射した場合に、前記平行化レンズおよび前記光偏向素子を含む光学系による前記平行光の集光位置が、前記第１光源および前記第２光源と前記光偏向素子の間に位置する、請求項４または請求項５記載の光源装置。
7. 前記平行化レンズの前記第１光源および前記第２光源側の焦点位置より、前記平行化レンズ側の位置において、リング状の照度分布を有する請求項１または請求項６記載の光源装置。
8. 前記Ｚ軸上に配置される第３の光源をさらに含み、
   前記光偏向素子は、
   前記第１光源および前記第２光源の前記Ｙ軸方向において、前記第１光源および前記第２光源の各々から発せられた前記光を前記Ｚ軸から離れる方向に偏向する、請求項１から請求項７の何れか１項に記載の光源装置。
9. 入射光を平行化する平行化レンズと、
   前記平行化レンズの光軸から離れる方向に互いに離間して配置される複数の光源を含み、全体として互いに直交する前記光軸から離れる方向に平行な第１の方向と第２の方向とで発散角が異なる光束を発する光源群と、
   前記光軸の方向において前記光源群と前記平行化レンズとの間に配置され、前記第１の方向および前記第２の方向のうち、前記光源群の前記発散角が小さい前記第１の方向において、前記複数の光源の各々から発せられた光を前記光軸から離れる方向に偏向して前記平行化レンズに入射させる光偏向素子と、を備え、
   前記光偏向素子は、
   光の反射面を有し、
   前記複数の光源の各々から発せられた前記光を反射させて前記光軸から離れる方向に偏向し、
   前記複数の光源の中の１つの光源の中央部と前記光軸との距離を間隔ｙ１ａｃとし、
   前記１つの光源の前記中央部と前記反射面との距離を間隔Ｄ４とし、
   前記反射面の前記光軸に対する傾き角をα９とした場合に、
   前記間隔Ｄ４は、
   ｙ１ａｃ／Ｄ４＝ｓｉｎ（２×｜α９｜）の関係式に基づいて設定され、
   前記間隔Ｄ４は、±１０％の誤差が許容される、光源装置。
10. 入射光を平行化する平行化レンズと、
    前記平行化レンズの光軸から離れる方向に互いに離間して配置される複数の光源を含み、全体として互いに直交する前記光軸から離れる方向に平行な第１の方向と第２の方向とで発散角が異なる光束を発する光源群と、
    前記光軸の方向において前記光源群と前記平行化レンズとの間に配置され、前記第１の方向および前記第２の方向のうち、前記光源群の前記発散角が小さい前記第１の方向において、前記複数の光源の各々から発せられた光を前記光軸から離れる方向に偏向して前記平行化レンズに入射させる光偏向素子と、を備え、
    前記光偏向素子は、
    光の反射面を有し、
    前記複数の光源の各々から発せられた前記光を反射させて前記光軸から離れる方向に偏向し、
    前記光軸に沿った方向において前記光源群とは反対側から前記平行化レンズに平行光を入射した場合に、前記平行化レンズおよび前記光偏向素子を含む光学系による前記平行光の集光位置が、前記複数の光源と前記光偏向素子の間に位置する、光源装置。

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