DE2454461B2 - LASER RANGEFINDERS - Google Patents

LASER RANGEFINDERS

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DE2454461B2 DE19742454461 DE2454461A DE2454461B2 DE 2454461 B2 DE2454461 B2 DE 2454461B2 DE 19742454461 DE19742454461 DE 19742454461 DE 2454461 A DE2454461 A DE 2454461A DE 2454461 B2 DE2454461 B2 DE 2454461B2
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Eltro GmbH, Gesellschaft für Strahlungstechnik, 6900 Heidelberg
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    • G01S7/4813Housing arrangements

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Laserentfer nungsmesser, der im wesentlichen aus einem einen Laserimpuls über optische Umlenkmittel ausstrahlen den feststehenden Sender, einem die vom interessierenden Objekt refektierte Energie über Objektivlinsen The invention relates to a laser rangefinder, which essentially emits a laser pulse via optical deflection means from the stationary transmitter, and the energy reflected from the object of interest via objective lenses

ίο empfangenden Detektor, einer die Entfernung zu dem Objekt nach dem Impulslaufzeitverfahren ermittelnden Elektronik und einem allen Baueinheiten gemeinsamen Gehäuse mit Eingangsoptik besteht und dem interessie renden Objekt in der Vertikalebene nachführbar angeordnet ist. ίο receiving detector, an electronics determining the distance to the object according to the pulse time-of-flight method and a housing common to all structural units with input optics and the object of interest is arranged so that it can be tracked in the vertical plane .

Aus der DT-AS 12 40 681 ist ein optisches System mit Laserstrahlen zur Aussendung und zum Empfang von elektromagnetischer Strahlung bekannt, wie es bei spielsweise in Rückstrahlentfernungsmeßgeräten mit From the DT-AS 12 40 681 an optical system with laser beams for the transmission and reception of electromagnetic radiation is known, as it is with, for example, in reflex distance measuring devices

ϊο Laserstrahlen Verwendung findet. Aus der zum Empfang bestimmten größeren Flache ist hierbei ein Stück ausgespart, so daß durch diese Aussparung hindurch die vom Sender kommende Energie ausgestrahlt werden kann. Von Nachteil ist bei diesem ansonsten durchaus brauchbaren Prinzip, daß der /u erfassende Raumwinkel relativ klein ist bzw. keine Aussage darüber gemacht ist. wie ein solches S> stern einem seine Lage ständig und mit großer Geschwindigkeit verändernden Flugobjekt angepaßt werden kann. ϊο laser beams are used. A piece is cut out from the larger area intended for reception so that the energy coming from the transmitter can be emitted through this cutout. The disadvantage of this otherwise perfectly usable principle is that the / u capturing solid angle is relatively small or that no statement is made about it. how such a star can be adapted to a flight object that is constantly changing its position and at great speed.

Aus der DT-OS 20 18 799 ist ferner eine Anordnung zur Oriung und Verfolgung von Luftzielen bekannt. Der interessierende Raumwinke! ergibt sich hierbei durch den horizontalen öffnungswinkel und die vertikale Schwenkbewegung eines motorbetätigten Spiegels, der sich zusammen mit einem weiteren, dem Empfanger zugeordneten Spiegel in dem einzigen telezcntrischen Strahlengang des Svstems befindet. Nachteilig ist die beschränkte Leistungsfähigkeit einer solchen Anordnung, die aus der Zusammenlegung der Strahlengänge von Sender und Empfänger sowie vor allem einer fehlenden Rundumabtastung resultiert.From DT-OS 20 18 799 an arrangement for the orientation and tracking of air targets is also known. Of the interesting spatial angles! results from the horizontal opening angle and the vertical one Pivoting movement of a motor-operated mirror that moves together with another, the receiver associated mirror in the only telecentric The system's beam path is located. The disadvantage is that Limited performance of such an arrangement, resulting from the merging of the beam paths of transmitter and receiver and, above all, a lack of all-round scanning.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung eines Laserentfernungsmessers der eingangs näher bezeichneten Gattung, mit dem ein Verändern der optischen Achsen von Lasersender und -empfänger zum Zweck der optimalen Anpassung an ein sich bewegendes Objekt oder ein mit dem Entfernungsmesser zusammenwirkendes anderes Gerät, beispielsweise ein Wärmeortungsgerät, schnell und sicher möglich ist.The object of the invention is to develop a laser rangefinder as detailed above designated genus, with which a change of the optical axes of the laser transmitter and receiver for Purpose of optimal adaptation to a moving object or one with the range finder cooperating other device, for example a heat locator, is quickly and safely possible.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Detektor zusammen mit einem Teil der Umlenksprismen. dem Umlenkspiegel und den Objektivlinsen um die Strahlachse des Lasersenders rotierend und ein weiteres Umlenkprisma zusammen mit der Eingangsoptik und einem Kippspiegel sowohl um die Strahlachse des Lasersenders als auch um eine hierzu senkrechte Achse verschwenkbar angeordnet ist. Dadurch, daß Sender und Empfänger im gleichen Schwenksystem, aber mit getrennten Prismenanordnungen in zwei verschiedenen Strahlengängen untergebracht sind und sich der Kippspiegel in einem konvergenten Strahlengang befindet, wird es möglich, einen relativ großen Raumwinkel zu erfassen, nämlich einmal von 360° durch Umlauf in der Horizontalen undAccording to the invention this object is achieved in that the detector together with part of the Deflection prisms. the deflection mirror and the objective lenses rotating around the beam axis of the laser transmitter and another deflecting prism together with the input optics and a tilting mirror both around the Beam axis of the laser transmitter and is arranged pivotable about an axis perpendicular thereto. Because the transmitter and receiver are in the same swivel system, but with separate prism arrangements are housed in two different beam paths and the tilting mirror is in one Convergent beam path is located, it is possible to capture a relatively large solid angle, namely once from 360 ° by rotation in the horizontal and

zum anderen durch eine Kippbewegung um 2 mal 60° in der Vertikalen. Ein solcher Entfernungsmesser eignet sich besonders als Ergänzung für ein IR-Such- und Verfolgungsgerät, weil sich der Laser außer zuron the other hand by a tilting movement of 2 times 60 ° in the vertical. Such a range finder is suitable is particularly suitable as a complement to an IR search and tracking device, because the laser is except for

Bestimmung der Entfernung auch noch zum Beleuchten des interessierenden Objektes verwenden läßt.Determination of the distance can also be used to illuminate the object of interest.

Eine vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die dem Empfang der reflektierten Energie zugeordnete Eingangsoptik, der Kippspiegel, der Umlenkspiegel, die aus einer Negalivlinse und einer Sammellinse bestehenden Objektivlinsen zusammen mit einem Interferenzfilter einen dem Detektor vorgeschalteten geknickten Strahlengang darstellen, wobei der Umlenkspiegel zwischen dem Kippspiegel und der Negativlinse angeordnet ist.An advantageous structural embodiment of the invention provides that the reception of the input optics assigned to reflected energy, the tilting mirror, the deflecting mirror, which consist of a negative lens and objective lenses consisting of a converging lens together with an interference filter Represent the bent beam path upstream of the detector, with the deflecting mirror between the Tilting mirror and the negative lens is arranged.

Bezüglich der Lage der Antriebsmittel in dem Gerät ist es von Bedeutung, daß ein Motor für die Rotationsbewegung zusammen mit einem Tacho- und einem Synchrongenerator für die Genauigkeit der Nachführbewegung sowie einer Schleifringsäule für die Spannungsversorgung auf einer in der Längsachse des Gehäuses bzw. seines Kopfteils angeordneten Welle befestigt ist, während ein Motor für die Schwenkbewegung zusammen mit dem weitern Umlenkprisma, der Eingangsoptik, dem Kippspiegel sowie einem Eingangsoptik und Kippspiegel verbindenden Synchrongelenk auf einer zur Welle rechtwinkelig angeordneten weiteren Welle befestigt ist. Auf diese Weise läßt sich ein in sich geschlossener Aufbau mit einer kompakten und stabilen Bauform des Laserentfernungsmesse.s erreichen. Darübcrhinaus ist ein solches Gerät auch für die Bedienungsmannschaft einfach und problemlos /u handhaben.With regard to the location of the drive means in the device, it is important that a motor for the Rotational movement together with a tachometer and a synchronous generator for the accuracy of the Tracking movement and a slip ring column for the power supply on one in the longitudinal axis of the Housing or its head part arranged shaft is attached, while a motor for the pivoting movement together with the further deflecting prism, the Entrance optics, the tilting mirror and a synchronous joint connecting the entrance optics and tilting mirror is fastened on a further shaft arranged at right angles to the shaft. In this way you can a self-contained structure with a compact and stable design of the laser distance measurement reach. In addition, such a device is easy and problem-free for the operating team handle.

Zweckmäßigerweisc ist das Kopfteil an seinem freien Ende von einem sphärisch ausgebildeten Radom aus Kalzium-Aluminat-Glas abgedeckt. Dieses Material besitzt den Vorteil einer großen Erosionsbeständigkeit. Auch hat sich die Verwendung eines zwischen Eingangsoptik und Kippspiegel eine Übersetzung um den Faktor zwei bewirkenden Synchrongelenks als vorteilhaft erwiesen.The free end of the head part expediently starts from a spherically shaped radome Calcium aluminate glass covered. This material has the advantage of high resistance to erosion. Also, the use of an between Input optics and tilting mirror a translation by a factor of two causing synchronous joint as proved beneficial.

Weitere Merkmale einer Ausgestaltung der Erfindung sehen vor, daß zwischen den Lasersender und den Kopfteil eine Ablenkeinheil eingeführt ist, die im wesentlichen aus einem über einen Motor antreibbaren, das Bild abtastenden und die optische Achse des vom Lasersender ausgehenden Impulses knickenden Glaskeil sowie einem eine Negativlinse beeinflussenden Drehmagnet besteht.Further features of an embodiment of the invention provide that between the laser transmitter and the Head part a deflection unit is introduced, which essentially consists of a motor-driven, The glass wedge that scans the image and kinks the optical axis of the pulse emitted by the laser transmitter and a rotary magnet influencing a negative lens.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert, wobei die in den beiden dargestellten Figuren einander entsprechenden Teile dieselben Bezugszahlcn aufweisen. Es zeigtIn the following an embodiment of the invention is explained in more detail with reference to a drawing, the parts corresponding to one another in the two figures shown have the same reference numbers. It shows

Fig. 1 die Draufsicht auf den die Erfindung enthaltenden Teil des Laserentfernungsmessers — zum Teil im Schnitt undFig. 1 is a plan view of the part of the laser rangefinder containing the invention - for Part in cut and

Fig. 2 eine Seitenansicht des Laserentfernungsmessers gemäß F i g. 1 — ebenfalls zum Teil im Schnitt.Fig. 2 is a side view of the laser range finder according to FIG. 1 - also partly in section.

Der Lasersender 1 ist mittels einer Verschraubung 26 im Bereich des einen Endes eines Gehäuses 8 befestigt, dessen anderes Ende in einem kopfförmigen Teil 7 ausläuft, der nach der Sende- bzw. Empfangseinrichtung hin von einem beispielsweise sphärisch ausgebildeten und wegen der Erosionsbeständigkeit aus Kalzium-Aluminat-Glas bestehenden Radom 9 abgedeckt ist. Dem Lasersender I ist in Stnderichtung eine Ablenkeinheit 21 vorgeschaltet, die einen mittels eines Elektromotors 4 drehbaren Glaskeil 5 für das Abtasten des Bildfeldes enthält. Außerdem enthält sie einen Drehmagnet 16, mit dem eine Negativlinse 27 in den Strahlengang eingeblendet und damit die Strahldivergenz des Lasers umgeschaltet werden kann. Durch diese Maßnahme wird gleichzeitig die Neigung des Glaskeiles 5 so geändert, daß sich die Größe des Bildfeldes dem jeweiligen Divergenzwinkel anpaßt.The laser transmitter 1 is fastened by means of a screw connection 26 in the area of one end of a housing 8, the other end of which terminates in a head-shaped part 7 which, after the transmitting or receiving device towards a spherical one, for example, and, because of its resistance to erosion, made of calcium aluminate glass existing radome 9 is covered. The laser transmitter I is a deflection unit in the vertical direction 21 upstream, which by means of an electric motor 4 rotatable glass wedge 5 for scanning the image field contains. It also contains a rotary magnet 16 with which a negative lens 27 is inserted into the beam path faded in and thus the beam divergence of the laser can be switched. By this measure at the same time the inclination of the glass wedge 5 is changed so that the size of the image field is the adjusts the respective divergence angle.

Wenn nun der vom Lasersender 1 ausgehende Impuls auf den rotierenden Glaskeil 5 gelangt, wird dadurch die optische Achse Γ geknickt und auf einem Kegelmantel geführt, dessen öffnungswinkel dem doppelten Wert des Sendestrahldivergenzwinkels entspricht: Dies bedeutet einen öffnungswinkel von 5 mrad, wenn die jeweils zugehörigen, im einzelnen noch zu beschreibenden optischen Glieder um die mil der optischen Achse Γ zusammenfallende Längsachse des Gerätes rotieren, und einen öffnungswinkel von 22 mrad, wenn sie um eine hierzu senkrechte Achse verschwenkt werden. In letzterem Falle wird die Strahldivergenz des Lasers mit Hilfe der Negativlinse 27 von 2,5 mrad (90 °'o) auf i 1 mrad vergrößert.If the impulse emanating from the laser transmitter 1 reaches the rotating glass wedge 5, the optical axis Γ is bent and guided on a cone surface, the opening angle of which corresponds to twice the value of the transmission beam divergence angle: This means an opening angle of 5 mrad, if the respectively associated, in detail, still to be described optical elements rotate about the longitudinal axis of the device coinciding with the optical axis Γ, and an opening angle of 22 mrad when they are pivoted about an axis perpendicular thereto. In the latter case, the beam divergence of the laser is increased from 2.5 mrad (90 °) to i 1 mrad with the aid of the negative lens 27.

Dem Verlauf der optischen Achse Γ folgend, durchläuft der vom Lasersender ausgestrahlte Impuls nach dem Glaskeil 5 ein ;ius uer Umlenkprismen bestehendes optisches Gelenk 2', 2. 3, 3'. von dem das Prisma 3 zusammen mit der Eingangsoptik JO und einem Kippspiegel 11 sowohl·um die Längsachse des Gerätes als auch um eine hier/u senkrechte, in der Welle 17' verlaufende Achse gedreht werden kann. Die Welle 17' dient der Befestigung von Prisma 3. üingangsoptik 10 und Kippspiegel 11. Dadurch wird es möglich, die optische Achse Γ innerhalb eines Winkelbereiches von 120° in zwei Ebenen abzulenken. Die Prismen 2', 2 und 3 haben Umlenkfunktionen und rotieren lediglich um die Längsachse des Gerätes. Nach den Umlenkprismen 2', 2, 3, 3' durchläuft der Impuls geräieseitig noch das Radom 9, bevor er auf das zeichnerisch nicht dargestellte Objekt abgestrahlt wird.Following the course of the optical axis Γ, the pulse emitted by the laser transmitter passes through after the glass wedge 5 an optical joint 2 ', 2, 3, 3' existing outside the deflecting prisms. of which that Prism 3 together with the input optics JO and a tilting mirror 11 both around the longitudinal axis of the device as well as about an axis which is perpendicular here / u and which runs in the shaft 17 '. The wave 17 ' is used to attach prism 3. üingangsoptik 10 and tilting mirror 11. This makes it possible to to deflect optical axis Γ within an angular range of 120 ° in two planes. The prisms 2 ', 2 and 3 have deflection functions and only rotate around the longitudinal axis of the device. After the deflecting prisms 2 ', 2, 3, 3 ', the impulse on the device side still passes through the radome 9 before it does not affect the drawing represented object is emitted.

Die von dem interessierenden Objekt reflektierte Energie durchläuft das Radom 9, die Eingangsoplik 10. den Kippspiegel 11, einen in die Rotationsbewegungen einbezogenen Umlenkspiegel 19 (Fig. 2) sowie ein mit diesem fest verbundenes Linsensystem 23, 24, 25. Letzteres besteht aus einer Negativlinse 23. einem Interferenzfilter 24 und einer Sammellinse 25, die die Energie auf den ebenfalls mitrotierenden Detektor 22 fokussiert. Die Brennweite der beiden in Durchlaßrichtung letzten Linsen ist hierbei so gewählt, daß die im einzelnen nicht näher gezeigte Empfangsdiode des Detektors 22 den Bildfeldwinke! auf 22 mrad begrenzt. Dadurch kann auf eine Blende verzichtet werden.The energy reflected from the object of interest passes through the radome 9, the input optic 10. the tilting mirror 11, a deflecting mirror 19 included in the rotational movements (FIG. 2) and a with This permanently connected lens system 23, 24, 25. The latter consists of a negative lens 23 Interference filter 24 and a converging lens 25, which transmit the energy to the detector 22, which also rotates with it focused. The focal length of the last two lenses in the transmission direction is chosen so that the im individual receiving diode, not shown in detail, of the detector 22 the angle of the field of view! limited to 22 mrad. This means that there is no need for a cover.

Der Antriebsmechanismus für die optischen Glieder ist im Bereich des Kopfteiles 7 untergebracht. Er besteht aus einem die Rotation bewirkenden Torque-Motor 13, der zusammen mit zwei eine genaue Nachführung ermöglichenden Generatoren — einem Tachogenerator 14 und einem Synchrongenerator 15 — auf der in der Langsachse angeordneten Welle 17 befestigt ist. Diese Welle trägt außerdem noch eine der Übertragung von Versorgungs- und Signalspannungen dienende Schleifringsäule 6. Die um die Welle 17' bzw. deren Achse erfolgende Bewegung wird von einem Torque-Motor 20 bewirkt, wobei zwischen die Eingangsoptik 10 und den Kippspiegel 11 ein Synchrongelenk 12 geschaltet ist, das eine Übersetzung um den Faktor zwei bewirkt.The drive mechanism for the optical elements is housed in the area of the head part 7. He persists from a rotation causing torque motor 13, which together with two a precise tracking enabling generators - a tachometer generator 14 and a synchronous generator 15 - on the in the longitudinal axis arranged shaft 17 is attached. This wave also carries one of the transmission of supply and signal voltages serving slip ring column 6. The around the shaft 17 'or their Movement taking place on the axis is effected by a torque motor 20, with the input optics 10 and the tilting mirror 11, a synchromesh joint 12 is connected, which has a translation by a factor of two causes.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (7)

24 54 Patentansprüche:24 54 claims: 1. Laserentfernungsmesser, der im wesentlichen aus einem einen Laserimpuls über optische Umlenkmittel ausstrahlenden feststehenden Sender, einem die vom interessierenden Objekt reflektierte Energie über Objektivlinsen empfangenden Detektor, einer die Entfernung zu dem Objekt nach dem Impulslaufzeitverfahren ermittelnden Elektronik und einem allen Baueinheiten gemeinsamen Gehäuse mit Eingangsoptik besteht und dem interessierenden Objekt in der Vertikalebene nachführbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (22) zusammen mit einem Teil (2; 2'; 3') Umlenkprismen, dem Umlenkspiegel (19) und den Objektivlinsen (23; 25) um die Strahlachse (V) des Lasersenders (1) rotierend und ein weiteres Umlenkprisma (3) zusammen mit d r Eingangsoptik (10) und einem Kippspiegel (11) sowohl um die Strahlachse (V) des Lasersenders (1) als auch um eine hierzu senkrechte Achse (17') verschwenkbar angeordnet ist. 1. Laser rangefinder, which essentially consists of a stationary transmitter emitting a laser pulse via optical deflection means, a detector that receives the energy reflected from the object of interest via objective lenses, electronics that determine the distance to the object using the pulse time-of-flight method and a housing with input optics common to all components and the object of interest is arranged so that it can be tracked in the vertical plane, characterized in that the detector (22) together with a part (2; 2 ';3') deflecting prisms, the deflecting mirror (19) and the objective lenses (23; 25) around the Beam axis (V) of the laser transmitter (1) rotating and another deflecting prism (3) together with the input optics (10) and a tilting mirror (11) both around the beam axis (V) of the laser transmitter (1) and around an axis perpendicular to it ( 17 ') is arranged pivotably. 2. Laserentfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsoptik (10), der Kippspiegel (11) der Umlenkspiegel (19), die aus einer Negativlinse (23) und einer Sammellinse (2S) bestehenden Objektivlinsen zusammen mit einem Interferenzfilter (24) einen dem Detektor (22) vorgeschalteten geknickten Strahlengang darstellen.2. Laser rangefinder according to claim 1, characterized characterized in that the input optics (10), the tilting mirror (11), the deflecting mirror (19), which consist of a negative lens (23) and a converging lens (2S) existing objective lenses together with one Interference filters (24) represent a kinked beam path connected upstream of the detector (22). 3. Laserentfernungsmesser nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkspiegel (19) zwischen dem Kippspie gel (11) und der Negativlinse (23) angeordnet ist.3. Laser rangefinder according to one of the preceding claims, characterized in that that the deflection mirror (19) between the Kippspie gel (11) and the negative lens (23) is arranged. 4. Laserentfernungsmesser nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Motor (13) für die Rotationsbewegung zusammen mit einem Tacho- und einem Synchrongenerator (14 bzw. 15) für die Genauigkeit der Nachführbewegung sowie einer Schleifringsäule (6) für die Spannungsversorgung auf einer in der Längsachse des Gehäuses (8) bzw. seines Kopfteiles (7) angeordneten Welle (17) befestigt ist, während ein Motor (20) für die Schwenkbewegung zusammen mit dem weiteren Umlenkprisma (3), der Eingangsoptik (10), dem Kippspiegel (11) sowie einem Eingangsoptik und Kippspiegel verbindenden Synchrongelenk (12) auf einer zur Welle (17) rechtwinkeligangeordneten weiteren Welle (17') befestigt ist.4. Laser rangefinder according to one of the preceding claims, characterized in that that a motor (13) for the rotary movement together with a tachometer and a synchronous generator (14 or 15) for the accuracy of the tracking movement and a slip ring column (6) for the power supply on one in the longitudinal axis of the housing (8) or its head part (7) arranged shaft (17) is attached, while a motor (20) for the pivoting movement together with the further deflecting prism (3), the input optics (10), the tilting mirror (11) and one The synchronous joint (12) connecting the input optics and the tilting mirror on a shaft (17) arranged at right angles another shaft (17 ') is attached. 5. Laserentfernungsmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfteil (7) an seinem freien Ende von einem sphärisch ausgebildeten Radom (9) aus Kalzium-Aluminat-Glas abgedeckt ist.5. Laser rangefinder according to claim 4, characterized in that the head part (7) on its free end covered by a spherical radome (9) made of calcium aluminate glass is. 6. Laserentfernungsmesser nach Anspruch 4. gekennzeichnet durch die Verwendung eines zwischen Eingangsoptik (10) und Kippspiegel (11) eine Übersetzung um den Faktor zwei bewirkenden Synchrongelenkes (12).6. Laser rangefinder according to claim 4. characterized by using one between the input optics (10) and tilting mirror (11) Translation by a factor of two causing synchronous joint (12). 7. Laserentfernungsmesser nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Lasersender (1) und den Kopfteil (7) eine Ablenkeinheit (21) eingefügt ist, die im wesentlichen aus einem über einen Motor (4) antreibbaren, das Bild abtastenden und die optische Achse (Γ) des vom Lasersender (I) ausgehenden Impulses knickenden Glaskeil (5) sowie <;inem eine Negativlinse (27) beeinflussenden Drehmagnet (16) besteht. 7. Laser rangefinder according to one of the preceding claims, characterized in that a deflection unit (21) is inserted between the laser transmitter (1) and the head part (7), which essentially consists of a motor (4) drivable, the image scanning and the optical axis (Γ) of the kinking glass wedge (5) emitted by the laser transmitter (I) and a rotary magnet (16) influencing a negative lens (27).
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