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Dispositif destiné à éclairer un plan aussi intensément que possible.
La présente invention a pour objet un dispositif des- tiné à éclairer aussi intensément que possible un plan, dont les dimensions présentent des différences tout au plus de l'or- dre de grandeur de 1 : 10. Ceci est effectué au moyen d'un nombre limité de Sources lumineuses de forme linéaire dispo- sées parallèlement entre elles.
Chacune des sources lumineuses coopère dans ce cas avec deux moyens optiques cylindriques sé- parés, dont les axes se croisent perpendiculairement, de manière telle que chaque source lumineuse soit projetée au moins partiellement sur les images des autres sources lumi- neuses sur ou au voisinage immédiat du plan à éclairer, la
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projection de ces sources lumineuses s'effectuant de façon tellement agrandie que chacune d'elles couvre le plan au moins sensiblement de lumière, tandis que les sources lumineuses avec leurs moyens optiques sont disposées l'une par rapport à l'autre de manière telle que les cônes d'éclairement des points du plan soient constitués par un nombre de cônes lu- mineux plats provenant chacun d'une des sources lumineuses.
On a déjà proposé d'éclairer un plan à l'aide d'un nombre de sources lumineuses punctiformes séparées entre elles de manière que les cônes d'éclairage des points du plan éclairé soient composés d'un nombre de cônes lumineux de section ronde. Toutefois, pour l'éclairage d'un plan, on a besoin dans ce cas d'un nombre de sources lumineuses dispo- sées en rangées. Pour l'éclairage d'un tel plan on aurait donc besoin, par exemple, de 4, 9, 16 etc.sources lumineuses toujours disposées dans un carré de 2 x 2, 3 x 3, 4 x 4 sour- ces lumineuses, savoir en général n2 sources lumineuses qui coopèrent chacune avec son propre système optique, par exem- ple, avec un miroir. Les faisceaux lumineux des sources lu- mineuses n2 constituent ensemble les cônes d'éclairage pour les points du plan à éclairer.
Chaque cône d'éclairage est donc composé de n2 cônes d'éclairage partiels. La forme du plan éclairé est au moins sensiblement uniforme avec celle des sources lumineuses.
En utilisant l'invention, il ne faut pour le même but, c'est-à-dire par exemple pour l'éclairage d'un carré, que deux, trois,quatre etc.sources lumineuses disposées parallèle- ment entre elles, savoir en général 72 sources lumineuses seu- lement, qui éclairent de la manière voulue le plan à éclairer à l'aide des moyens optiques mentionnés plus haut qui coopèrent avec les sources lumineuses. Si le plan à éclairer est d'une
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section rectangulaire, il ne faudra généralement à cet effet qu'une seule rangée de sources lumineuses disposées parallèle- ment entre elles.
Les cônes d'éclairage des points du plan sont constitues alors par n cônes partiels plats, tandis que la forme du plan à éclairer n'est pas directement uniforme avec celle des sources lumineuses, mais qu'elle dépend des agran- dissements des éléments cylindriques.
A cause de leur disposition spatialement séparée, les moyens optiques cylindriques coopérant avec les sources lumineuses restreignent fortement l'astigmatisme qui autrement se présente avec l'emploi d'éléments cylindriques. Ces moyens peuvent être de nature variée; ainsi il est possible de faire coopérer chacune des sources lumineuses avec deux lentilles cylindriques, avec deux miroirs cylindriques ou bien avec une lentille cylindrique et un miroir cylindrique.
Chaque élément optique cylindrique, suivant ce qui se fait en optique, peut se composer de plusieurs pièces disposées au voisinage immédiat l'une de l'autre et par exemple, pou- vant être cimentées l'une à l'autre. Grâce l'effet des moyens cylindriques optiques les cônes d'éclairage des points du plan sont constitués par un nombre de cônes lumineux plats.
Ceci veut dire que chacun des cônes d'éclairage partiels, qui proviennent donc d'une seule source lumineuse, présente en section une forme légèrement aplatie, ce qui est provoqué par la forme allongée d'une partie des éléments optiques uti- lisés.
Dans un mode de réalisation avantageux du dispositif suivant l'invention, les cônes d'éclairage des points du plan sont constitués par un nombre de cônes d'éclairage plats se raccordant sensiblement l'un à l'autre.
Le dispositif suivant l'invention peut être utilisé pour des buts très différents, en général dans tous cas où on
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désire un éclairage très intense d'un plan. Ceci est le cas, par exemple, pour les appareils de projection pour films, où la fenêtre de projection doit être éclairée aussi intensément que possible, et pour les projecteurs où un objet déterminé, par exemple un avion, doit être éclairé aussi intensément que possible.
Si, conformément à un mode de réalisation avantageux du dispositif faisantlobjet de l'invention, le plan à éclairer aussi intensément que possible est constitué par la fenêtre de projection d'un appareil de projection pour films, il convient en vue d'un usage aussi économique que possiblede la luière émise par les sources lumineuses, de choisir les cô- nes d'éclairage des points de la fenêtre de projection de ma- nière telle qu'ils soient situés en dedans de l'angle col- lecteur de la lentille de projection disposée derrière la fenêtre de projection.
Comme un autre avantage du dispositif suivant l'in- vention on peut considérer le fait que chaque source lumineuse luit sur l'entièreté du plan à éclairer. En effet, dans un dispositif déjà connu la disposition est telle que chacune des sources lumineuses luit sur une partie du plan à éclairer, de sorte que l'éclairage total de ce plan s'effectue par plu- sieurs taches lumineuses disposées l'une à coté et au-dessus de l'autre. Cette disposition présente l'inconvénient que, si l'une des sources lumineuses s'éteint, par exemple lors- qu'elle devient défectueuse, le plan à éclairer présente localement une tache obscure.
Ce désavantage ne se présente pas avec le dispositif suivant l'invention ; sera même avantageux, par exemple, dans la projection de films où il faut projeter des parties de film légèrement colorées d'éteindre une ou plusieurs des sources lumineuses pour économiser de l'énergie, tandis que néanmoins la fenêtre
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de projection entière reste éclairée avec une intensité suffi- sante et uniforme. Les sources lumineuses peuvent toutes émettre de la lumière de la même composition de couleur; dans le dispositif suivant l'invention'il est aussi possible d'u- tiliser simultanément des sources lumineuses différentes, de sorte qu'il existe la possibilité de corriger la couleur.
La description qui va suivre en regard du dessin ,annexé., donné à titre d'exemple, fera mieux comprendre l'inven- tion.
La fig.l représente un dispositif suivant l'inven- tion, où la fenêtre de projection 1 est éclairée au moyen de deux sources lumineuses allongées 2 et 3 disposées pa- rallèlement entre elles. Les sources lumineuses 2 et 3 dans ce cas sont des tubes à décharges à vapeur de mercure sous pression très élevée. Si l'on désire éclairer la fené- tre de projection avec une autre couleur, on peut, par exem- ple, remplacer une des sources lumineuses par un autre type de source lumineuse de forme linéaire. La vue en plan de ce dispositif est représentée sur la fig. 2. Il ressort de ces figures que le plan à éclairer, en l'espèce la fenêtre de projection présente dans les deux directions des dimensions a et b qui sont du même ordre de grandeur.
Les sources lu- mineuses sont supposées dans ce cas être des tubes à dé- charges à vapeur de mercure sous pression très 'élevée; toutefois il est évident qu'on peut utiliser avec autant de succès d'autres sources lumineuses de forme linéaire telles que des filaments tendus linéairement du genre uti- lisé dans les lampes électriques à incandescence.
De plus, il ressort de la figure que pour l'éclairage du plan il faut seulement deux sources lumineuses disposées parallèle- ment entre elles et non un nombre de sources lumineuses dis-
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posées en deux rangées perpendiculaires l'une à l'autre, ainsi qu'il serait le cas avec l'utilisation de sources lumineu- ses punctiformes. Par suite de l'effet des moyens optiques cylindriques qui sont constitués dans le cas présent par les lentilles 4, 5, 6 et 7, les sources lumineuses 2 et 3 sont projetées sur la fenêtre de projection 1. Les axes respective- ment des lentilles 4-5 et 6-7 se croisent perpendiculairement; grâce à la disposition séparée, l'astigmatisme est maintenu dans des tolérances très admissibles.
Les sources lumineuses 2 et 3 sont donc projetées de façon à former des taches lu- mineuses dans la fenêtre de projection 1.
Par suite de l'effet des lentilles cylindriques 4 et 6 les sources lumineuses 2 et 3, comme le montre la fig.1, sont agrandies dans leur direction transversale de manière à éclairer la hauteur a de la fenêtre de projection. Dans la section du système suivant la fig.l les lentilles cylindriques 5 et 7 n'ont sensiblement pas d'influence sur le trajet des rayons; elles ne font fonction que d'une plaque plan.,parallèle en verre. En considérant le point P de la fenêtre de pro- jection, on trouve que ce point est éclairé par un cône d'éclairage qui dans la section suivant la fig.l est consti- tué par deux cônes d'éclairage partiels aplatis ayant les angles au sommet p et q, qui sont égaux l'un à l'autre et proviennent des sources lumineuses 2 et 3.
L'angle au sommet total dans cette section du cône d'éclairage au point P est donc p + g et puisque la grandeur de cet angle est également décisive pour l'intensité d'éclairement en ce point, il est évident que l'intensité d'éclairement dans les circonstances données, c'est-à-dire quand aussi bien la-source-lumineuse 2 que la source lumineuse 3 émettent de la lumière, devient aussi forte que possible. Les dits angles et .9. sont-limité-$ par les rayons lumineux 2-A-P, 2-B-P, 3-C-P et 3-D-P. -
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Derrière la fenêtre de projection 1 on a disposé une lentille de projection 8 d'un appareil de projection pour films.L'angle collecteur de cette lentille présente, comme le montre la figure, une valeur r.
Le cône d'éclairage de chacun des points de la fenêtre de projection présente un angle au sommet p + g, qui est sensiblement égal à l'angle collecteur r de la lentille de projection. Il est évident que, si l'an- gle collecteur ± de la lentille de projection est sensible- ment plus grand que la somme des angles p - g, il n'y a aucun inconvénient à .ajouter une troisième source lumineuse à celles désignées par 2 et 3.
Une considération des rayons lumineux traversant les extrêmes parties de la source lumineuse et traversant également le centre optique de la lentille cylindrique 4, montre que l'épaisseur'd de chacune des sources lumineuses, comme on 1-la déjà indiqué plus haut, est agrandie d'une ma- nière telle que chacune des sources lumineuses soit étendue sur toute la dimension a de la fenêtrede projection. Il en résulte en même temps que, si par exemple la source lumineuse 3 s'éteint, la fenêtre de projection 1 entière reste pourtant illuminée, dans ce cas seulement le cône d'éclairage du point P acquiérant une plus petite .valeur, savoir une valeur p; il s'ensuit que la fenêtre de projection 1 dans ce cas n'est ,éclairée que par la moitié de l'intensité d'éclairage maximum.
La fig. 2 montre comment les rayons s'étendent dans une direction perpendiculaire au plan de la fig.l. Dans cette section la source lumineuse 3 présente une dimension suffi- sante, de sorte que dans cette direction la source lumineuse n'a besoin d'être agrandie que légèrement pour éclairer la dimension 12 de la fenêtre de projection. Du fait que l'agran- dissement dans cette direction n'est que faible, l'angle au sommet s du c6ne d'éclairage présentera généralement dans cette
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direction une valeur qui est suffisamment grande. Il n'est donc pas indispensable dans ce cas de disposer plusieurs sour- ces lumineuses l'une au-dessus de l'autre.
L'angle au sommet s est limité par les rayons lumineux, sortant d'un point de la source lumineuse, par exemple du centre 0 et traversant les points extrêmes E et F de la lentille cylindrique 7, qui est bien active dans cette section, et traversant également le point P. Il ressort encore de la figure, notamment du trajet des rayons lumineux qui sortent des points extrêmes G et H de la source lumineuse 3 et traversent le centre optique J de la lentille 7, que la longueur de la source lumineuse est telle qu'elle remplit parfaitement de lumière dans cette direction la dimension b de la fenêtre de pro- jection.
La lentille 6 sert dans cette section comme plaque planparallèle et n'a donc pratiquement pas d'influence dans cette section sur le trajet des rayons lumineux. L'angle s est adapté à l'angle collecteur r de la lentille de projec- tion 8.
La fig. 3 montre la position de la section des deux cônes d'éclairage partiels ayant les angles au sommet p et g et bien dans une section de ces cônes lumineux suivant le plan III-III de la fig. 1. La fig. 3 montre distinctement la forme aplatie de ces cônes.
Les figures 4 et 5 représentent une autre réalisa- tion du dispositif suivant l'invention, qui est destinée à une installation de projecteur. Cette réalisation comporte trois sources lumineuses 9, 10 et 11 de forme linéaire qui dans ce cas coopèrent avec des moyens cylindriques optiques constitués par les miroirs cylindriques raccordants 12, 13 et 14 et par les lentilles cylindriques 15, 16 et 17. Dans cette disposition le cône d'éclairage éclairant un point R de l'objet à éclairer, se compose de trois cônes d'éclairage par-
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tiels aplati-s ayant des angles au sommet t, u et ! qui se raccordent grâce à la disposition particulière des moyens optiques et des sources lumineuses.
Dans ce cas l'objet pré- sente, respectivement en hauteur et en largeur, des dimensions c et d qui sont du même ordre de grandeur. Dans cette dispo- sition également la dimension transversale de chacune des sour- ces lumineuses est étendue par l'effet des miroirs 12, 13 et 14 de façon telle qu'au point de la projection en R elles présentent toutes la dimension c. La longueur de chacune des sources lumineuses (voir la fig.5) est telle que la hauteur d de l'objet à éclairer soit également remplie parfaitement de lumière par suite de l'effet des lentilles cylindriques 15, 16 et 17.
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Device intended to illuminate a plane as intensely as possible.
The object of the present invention is a device intended to illuminate as intensely as possible a plane, the dimensions of which differ at most of the order of magnitude of 1:10. This is carried out by means of a device. limited number of light sources in linear form arranged parallel to each other.
Each of the light sources cooperates in this case with two separate cylindrical optical means, the axes of which cross perpendicularly, so that each light source is projected at least partially onto the images of the other light sources on or in the immediate vicinity. of the plan to be illuminated, the
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projection of these light sources being carried out in such a magnified manner that each of them covers the plane at least substantially with light, while the light sources with their optical means are arranged with respect to each other in such a way that the lighting cones of the points of the plane are formed by a number of flat light cones each coming from one of the light sources.
It has already been proposed to illuminate a plane using a number of punctiform light sources separated from one another so that the lighting cones of the points of the illuminated plane are composed of a number of light cones of round section. However, in order to illuminate a plane, a number of light sources arranged in rows are required in this case. For the illumination of such a plan we would therefore need, for example, 4, 9, 16 etc. light sources always arranged in a square of 2 x 2, 3 x 3, 4 x 4 light sources, namely in general n2 light sources which each cooperate with its own optical system, for example with a mirror. The light beams of the light sources n2 together constitute the lighting cones for the points of the plane to be illuminated.
Each lighting cone is therefore composed of n2 partial lighting cones. The shape of the illuminated plane is at least substantially uniform with that of the light sources.
When using the invention, for the same purpose, i.e. for the illumination of a square, only two, three, four, etc., light sources are required, arranged parallel to each other, namely in general only 72 light sources, which illuminate the plane to be illuminated in the desired way by means of the optical means mentioned above which cooperate with the light sources. If the plane to be lit is of a
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rectangular section, this will generally only require a single row of light sources arranged parallel to each other.
The lighting cones of the points of the plane are then constituted by n flat partial cones, while the shape of the plane to be illuminated is not directly uniform with that of the light sources, but depends on the enlargements of the cylindrical elements. .
Because of their spatially separate arrangement, the cylindrical optical means cooperating with the light sources strongly restrict the astigmatism which otherwise occurs with the use of cylindrical elements. These means can be of varied nature; thus it is possible to make each of the light sources cooperate with two cylindrical lenses, with two cylindrical mirrors or else with a cylindrical lens and a cylindrical mirror.
Each cylindrical optical element, depending on what is done in optics, may consist of several parts arranged in the immediate vicinity of one another and, for example, which can be cemented to one another. Thanks to the effect of the optical cylindrical means, the lighting cones of the points of the plane are formed by a number of flat light cones.
This means that each of the partial lighting cones, which therefore originate from a single light source, has a slightly flattened shape in section, which is caused by the elongated shape of part of the optical elements used.
In an advantageous embodiment of the device according to the invention, the lighting cones of the points on the plane consist of a number of flat lighting cones which are substantially connected to one another.
The device according to the invention can be used for very different purposes, in general in all cases where one
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wants a very intense lighting of a plan. This is the case, for example, for projection devices for films, where the projection window must be illuminated as intensely as possible, and for projectors where a specific object, for example an airplane, must be illuminated as intensely as possible. .
If, in accordance with an advantageous embodiment of the device forming the subject of the invention, the plane to be illuminated as intensely as possible is formed by the projection window of a projection apparatus for films, it is also suitable for use. economical as possible for the light emitted by the light sources, to choose the lighting cones of the points of the projection window so that they are located inside the collector angle of the lens of projection placed behind the projection window.
As another advantage of the device according to the invention, it is possible to consider the fact that each light source shines over the entire plane to be illuminated. In fact, in an already known device, the arrangement is such that each of the light sources shines on a part of the plane to be illuminated, so that the total illumination of this plane is effected by several light spots arranged one to the other. side and above the other. This arrangement has the drawback that, if one of the light sources goes out, for example when it becomes defective, the plane to be illuminated locally has a dark spot.
This disadvantage does not arise with the device according to the invention; It will even be advantageous, for example, in the projection of films where it is necessary to project slightly colored parts of film to extinguish one or more of the light sources to save energy, while nevertheless the window
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entire projection remains illuminated with sufficient and uniform intensity. The light sources can all emit light of the same color composition; in the device according to the invention it is also possible to simultaneously use different light sources, so that there is the possibility of correcting the color.
The description which will follow with reference to the accompanying drawing, given by way of example, will make the invention easier to understand.
FIG. 1 represents a device according to the invention, where the projection window 1 is illuminated by means of two elongated light sources 2 and 3 arranged parallel to one another. The light sources 2 and 3 in this case are very high pressure mercury vapor discharge tubes. If one wishes to light up the projection window with another color, one can, for example, replace one of the light sources by another type of light source of linear form. The plan view of this device is shown in FIG. 2. It emerges from these figures that the plane to be illuminated, in this case the projection window, has dimensions a and b in both directions which are of the same order of magnitude.
The light sources are assumed in this case to be very high pressure mercury vapor discharge tubes; however, it is evident that other linear shaped light sources such as linearly stretched filaments of the kind used in electric incandescent lamps can be used with equal success.
In addition, it emerges from the figure that for the illumination of the plan only two light sources are needed arranged parallel to each other and not a number of light sources distributed.
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laid in two rows perpendicular to each other, as would be the case with the use of point-shaped light sources. As a result of the effect of the cylindrical optical means which in this case consist of the lenses 4, 5, 6 and 7, the light sources 2 and 3 are projected onto the projection window 1. The respective axes of the lenses 4-5 and 6-7 intersect perpendicularly; thanks to the separate arrangement, astigmatism is kept within highly permissible tolerances.
The light sources 2 and 3 are therefore projected so as to form light spots in the projection window 1.
As a result of the effect of the cylindrical lenses 4 and 6 the light sources 2 and 3, as shown in fig.1, are enlarged in their transverse direction so as to illuminate the height a of the projection window. In the section of the system according to fig.l the cylindrical lenses 5 and 7 have substantially no influence on the path of the rays; they only function as a flat, parallel glass plate. Considering point P of the projection window, we find that this point is illuminated by a lighting cone which in the section following fig. 1 is constituted by two flattened partial lighting cones having the angles at the top p and q, which are equal to each other and come from light sources 2 and 3.
The total apex angle in this section of the lighting cone at point P is therefore p + g and since the magnitude of this angle is also decisive for the illumination intensity at this point, it is evident that the intensity illumination under the given circumstances, i.e. when both the light-source 2 and the light source 3 emit light, becomes as strong as possible. The so-called angles and .9. are-limited- $ by the light rays 2-A-P, 2-B-P, 3-C-P and 3-D-P. -
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Behind the projection window 1, a projection lens 8 of a film projection apparatus has been placed. The collector angle of this lens has, as shown in the figure, a value r.
The lighting cone of each of the points of the projection window has an apex angle p + g, which is substantially equal to the collector angle r of the projection lens. Obviously, if the collecting angle ± of the projection lens is appreciably greater than the sum of the angles p - g, there is no problem in adding a third light source to those designated. by 2 and 3.
A consideration of the light rays passing through the extreme parts of the light source and also passing through the optical center of the cylindrical lens 4, shows that the thickness'd of each of the light sources, as already indicated above, is enlarged. in such a way that each of the light sources is extended over the entire dimension a of the projection window. At the same time, it follows that, if for example the light source 3 goes out, the entire projection window 1 nevertheless remains illuminated, in this case only the lighting cone of the point P acquiring a smaller value, namely a p value; it follows that the projection window 1 in this case is only illuminated by half of the maximum illumination intensity.
Fig. 2 shows how the rays extend in a direction perpendicular to the plane of fig.l. In this section the light source 3 has a sufficient size, so that in this direction the light source only needs to be enlarged slightly to illuminate the dimension 12 of the projection window. Because the magnification in this direction is only small, the angle at the apex s of the light cone will generally present in this direction.
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direction a value that is large enough. It is therefore not essential in this case to have several light sources one above the other.
The angle at the top s is limited by the light rays coming out of a point of the light source, for example the center 0 and crossing the extreme points E and F of the cylindrical lens 7, which is indeed active in this section, and also crossing point P. It is also apparent from the figure, in particular from the path of the light rays which exit from the extreme points G and H of the light source 3 and pass through the optical center J of the lens 7, that the length of the source luminous is such that it perfectly fills dimension b of the projection window with light in this direction.
The lens 6 serves in this section as a parallel planar plate and therefore has practically no influence in this section on the path of the light rays. The angle s is matched to the collector angle r of the projection lens 8.
Fig. 3 shows the position of the section of the two partial lighting cones having the angles at the apex p and g and indeed in a section of these light cones according to the plane III-III of FIG. 1. FIG. 3 clearly shows the flattened shape of these cones.
FIGS. 4 and 5 represent another embodiment of the device according to the invention, which is intended for a projector installation. This embodiment comprises three light sources 9, 10 and 11 of linear form which in this case cooperate with optical cylindrical means constituted by the connecting cylindrical mirrors 12, 13 and 14 and by the cylindrical lenses 15, 16 and 17. In this arrangement the lighting cone illuminating a point R of the object to be illuminated, consists of three per-
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flattened tials having vertex angles t, u and! which are connected thanks to the particular arrangement of optical means and light sources.
In this case, the object has, respectively in height and in width, dimensions c and d which are of the same order of magnitude. In this arrangement, too, the transverse dimension of each of the light sources is extended by the effect of the mirrors 12, 13 and 14 so that at the point of the projection in R they all have dimension c. The length of each of the light sources (see fig. 5) is such that the height d of the object to be illuminated is also perfectly filled with light as a result of the effect of the cylindrical lenses 15, 16 and 17.