DE102019130016A1

DE102019130016A1 - Driver assistance system with a transmitter with a frequency-controlled radiation direction and a converter for frequency adjustment

Info

Publication number: DE102019130016A1
Application number: DE102019130016.9A
Authority: DE
Inventors: Rainer Straschill
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2020-01-09
Also published as: DE102018128538A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem (1) für ein Fahrzeug (2) zur Erfassung eines Objektes (3), das Fahrerassistenzsystem (1) aufweisend einen Sender (4) mit einer frequenzgesteuerten Abstrahlrichtung, der zumindest nacheinander in einer ersten Richtung (19) eine erste elektromagnetische Strahlung (18) mit einer ersten Frequenz und in einer zweiten Richtung (21) eine zweite elektromagnetische Strahlung (20) mit einer zweiten Frequenz aussenden kann, und einen Konverter (31; 131), der mithilfe der ersten Strahlung (18) und der zweiten Strahlung (20) nacheinander jeweils eine weitere Strahlung (45, 46) mit einer jeweiligen weiteren Frequenz erzeugen kann, wobei ein Unterschied zwischen den weiteren Frequenzen geringer als ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Frequenz ist.

The invention relates to a driver assistance system (1) for a vehicle (2) for detecting an object (3), the driver assistance system (1) having a transmitter (4) with a frequency-controlled radiation direction, which at least one after the other in a first direction (19) is a first can emit electromagnetic radiation (18) with a first frequency and in a second direction (21) a second electromagnetic radiation (20) with a second frequency, and a converter (31; 131) which uses the first radiation (18) and the second radiation (20) in succession can each generate a further radiation (45, 46) with a respective further frequency, a difference between the further frequencies being less than a difference between the first and the second frequency.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug mit einem Sender, der zur Erfassung eines Objektes eine elektromagnetische Strahlung, insbesondere eine Laserstrahlung, aussendet.The invention relates to a driver assistance system for a vehicle with a transmitter that emits electromagnetic radiation, in particular laser radiation, to detect an object.

Ein derartiges Fahrerassistenzsystem ist in der DE 10 2009 009 047 A1 beschrieben. Hierin wird ein LIDAR-System zur Entfernungsmessung verwendet, um ein dreidimensionales Bild einer Umgebung des Fahrzeugs zu generieren. Des Weiteren wird in der DE 10 2006 020 387 A1 ausgeführt, zwei Radarsysteme zur Detektion von vor dem Fahrzeug befindlichen Objekten zu verwenden. Die beiden Radarsysteme können durch eine Kombination aus Millimeterwellen- und Laserradar realisiert werden. Um ein Schwenken der elektromagnetischen Strahlung zu realisieren, kann ein Strahler, der die Strahlung aussendet, mechanisch bewegt werden. Dies ist jedoch mit einer zeitlichen Verzögerung verbunden.Such a driver assistance system is in the DE 10 2009 009 047 A1 described. Here, a LIDAR system for distance measurement is used to generate a three-dimensional image of an environment of the vehicle. Furthermore, in the DE 10 2006 020 387 A1 executed to use two radar systems for the detection of objects in front of the vehicle. The two radar systems can be implemented using a combination of millimeter wave and laser radar. In order to implement a swiveling of the electromagnetic radiation, an emitter that emits the radiation can be moved mechanically. However, this is associated with a time delay.

Soll die Strahlung schnell geschwenkt werden, so ist es bekannt, eine phasengesteuerte Gruppe von Strahlern zu benutzen. Jedoch ist eine Herstellung von einstellbaren Phasenschiebern teilweise sehr aufwendig. Dies gilt insbesondere für elektromagnetische Strahlung im ultravioletten, sichtbaren und im infraroten Bereich.If the radiation is to be swiveled quickly, it is known to use a phase-controlled group of emitters. However, the production of adjustable phase shifters is sometimes very complex. This applies in particular to electromagnetic radiation in the ultraviolet, visible and infrared range.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein alternatives Fahrerassistenzsystem, das zur Erfassung eines Objektes eine elektromagnetische Strahlung, insbesondere eine Laserstrahlung, aussenden kann, bereitzustellen, mit dem eine elektromagnetische Strahlung schneller als mithilfe einer mechanischen Bewegung eines Strahlers geschwenkt werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide an alternative driver assistance system which can emit electromagnetic radiation, in particular laser radiation, to detect an object, with which electromagnetic radiation can be swiveled faster than with the aid of a mechanical movement of a radiator.

Diese Aufgabe wird mit einem Fahrerassistenzsystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Fahrerassistenzsystems sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved with a driver assistance system with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the driver assistance system are the subject of the dependent claims.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug zur Erfassung eines Objektes mit einem Konverter und einem Sender mit einer frequenzgesteuerten Abstrahlrichtung vorgeschlagen. Der Sender kann zumindest nacheinander in einer ersten Richtung eine erste elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Frequenz und in einer zweiten Richtung eine zweite elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Frequenz aussenden. Der Konverter kann mithilfe der ersten und der zweiten Strahlung nacheinander jeweils eine weitere Strahlung mit einer jeweiligen weiteren Frequenz erzeugen, wobei ein Unterschied zwischen den weiteren Frequenzen geringer als ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Frequenz ist.To solve the problem, a driver assistance system for a vehicle for detecting an object with a converter and a transmitter with a frequency-controlled radiation direction is proposed. The transmitter can emit a first electromagnetic radiation with a first frequency at least in succession in a first direction and a second electromagnetic radiation with a second frequency in a second direction. With the aid of the first and the second radiation, the converter can in each case generate a further radiation with a respective further frequency, a difference between the further frequencies being less than a difference between the first and the second frequency.

Der Sender hat zumindest einen ersten und einen zweiten Strahler, die jeweils gleichzeitig eine erste beziehungsweise zweite elektromagnetische Welle phasenverschoben zueinander aussenden. Strahlt der Sender die erste oder zweite Strahlung ab, haben die Wellen die erste Frequenz beziehungsweise die zweite Frequenz. Hierfür erzeugt ein erster Oszillator des Senders eine initiale elektromagnetische Welle, die zu dem ersten und zweiten Strahler geleitet wird. Der erste Oszillator ist mithilfe einer Steuereinheit des Senders verstellbar, um die initiale Welle mit der ersten, zweiten oder einer weiteren Frequenz erzeugen zu können.The transmitter has at least a first and a second radiator, each of which simultaneously emits a first and a second electromagnetic wave out of phase with one another. If the transmitter emits the first or second radiation, the waves have the first frequency or the second frequency. For this purpose, a first oscillator of the transmitter generates an initial electromagnetic wave, which is conducted to the first and second radiators. The first oscillator can be adjusted using a control unit of the transmitter in order to be able to generate the initial wave with the first, second or a further frequency.

Die initiale Welle wird bevorzugt an einer Verzweigung geteilt und breitet sich von der Verzweigung in Form der ersten und der zweiten Welle über Leitungsabschnitte des Senders hin zu den Strahlern aus, wobei die erste und die zweite Welle die Strahler mit einer Phasenverschiebung zueinander erreichen. Bevorzugt sind die Leitungsabschnitte von der Verzweigung bis zu dem ersten beziehungsweise zweiten Strahler verschieden lang, um die Phasenverschiebung zu erzeugen. Möglich ist auch, dass in den Leitungsabschnitten angeordnete Filterelemente die Phasenverschiebung bewirken. Verändert der erste Oszillator die Frequenz der initialen Welle, ändert sich die Abstrahlrichtung des Senders.The initial wave is preferably divided at a junction and spreads from the junction in the form of the first and second waves via line sections of the transmitter to the radiators, the first and second waves reaching the radiators with a phase shift from one another. The line sections are preferably of different lengths from the branching to the first or second radiator in order to generate the phase shift. It is also possible that filter elements arranged in the line sections bring about the phase shift. If the first oscillator changes the frequency of the initial wave, the emission direction of the transmitter changes.

Bevorzugt weist der Sender eine Gruppenantenne mit mehreren in einer Reihe angeordneten Strahlern auf, die jeweils mehrere elektromagnetische Wellen mit derselben Frequenz gleichzeitig und phasenverschoben zueinander abstrahlen.The transmitter preferably has a group antenna with a plurality of radiators arranged in a row, each of which radiates a plurality of electromagnetic waves with the same frequency simultaneously and out of phase with one another.

Besonders vorteilhaft hat der Sender zumindest einen ersten Laser, der zumindest mit den zwei Strahlern gekoppelt ist. Die Strahler strahlen in diesem Fall die erste und die zweite Strahlung in Form einer zumindest mit dem ersten Laser erzeugten Laserstrahlung ab. Um eine Interferenz zwischen der von dem ersten Strahler und dem zweiten Strahler abgestrahlten Laserstrahlung besonders gut zu erzeugen, kann eine jeweilige Fiberoptik eines einzelnen Strahlers die jeweilige Laserstrahlung streuen. Im Vergleich zu einer Radarstrahlung können mithilfe der Laserstrahlung Objekte im Straßenverkehr besser erkannt werden. Weiterhin können Lasersysteme eine höhere Messgenauigkeit und eine stärkere horizontale Auflösung als Radarsysteme haben.The transmitter particularly advantageously has at least one first laser, which is coupled at least to the two emitters. In this case, the emitters emit the first and the second radiation in the form of a laser radiation generated at least with the first laser. In order to generate interference particularly well between the laser radiation emitted by the first emitter and the second emitter, a respective fiber optic of an individual emitter can scatter the respective laser radiation. In comparison to radar radiation, objects in road traffic can be better recognized with the help of laser radiation. Furthermore, laser systems can have a higher measuring accuracy and a stronger horizontal resolution than radar systems.

In einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung kann der erste Laser den ersten Oszillator ausbilden, wobei der erste Laser bevorzugt abstimmbar ist. Mithilfe des ersten abstimmbaren Lasers ist es möglich, die Frequenz der initialen Welle sehr schnell zu ändern und damit die Abstrahlrichtung schnell zu variieren, ohne mechanische Komponenten bewegen zu müssen. Der abstimmbare Laser kann beispielsweise als ein Halbleiterlaser, Festkörperlaser oder Farbzentrenlaser ausgebildet sein. Ein Abstimmen des ersten Lasers kann durch eine Änderung einer Temperatur und damit einer Änderung einer Elektrizitätskonstante eines Lasermediums des ersten Lasers, eine Änderung einer effektiven Resonatorlänge des ersten Lasers oder durch eine Veränderung einer Energie, die in das Lasermedium eingebracht, d.h. „gepumpt“, wird, erfolgen. Wird die effektive Resonatorlänge variiert, so begünstigt dies einzelne Moden des ersten Lasers, während eine Änderung einer in das Lasermedium gepumpten Energie Einfluss darauf hat, welche Besetzungsinversion in dem Lasermedium erreicht werden kann.In a simple embodiment of the invention, the first laser can form the first oscillator, the first laser preferably being tunable. With the help of the first tunable laser, it is possible to change the frequency of the initial wave very quickly and thus to vary the radiation direction quickly without having to move mechanical components. The tunable laser can be, for example, a semiconductor laser, solid-state laser or color center lasers. A tuning of the first laser can be done by a change in a temperature and thus a change in an electricity constant of a laser medium of the first laser, a change in an effective resonator length of the first laser or by a change in energy that is introduced, ie "pumped", into the laser medium , respectively. If the effective resonator length is varied, this favors individual modes of the first laser, while a change in an energy pumped into the laser medium influences which population inversion can be achieved in the laser medium.

Die Laserstrahlung liegt vorteilhaft in einem Spektralbereich, der durch ultraviolettes und infrarotes Licht begrenzt ist und dieses jeweils noch aufweist. Erzeugt der erste Oszillator die initiale Welle im Bereich des infraroten Spektrums, ist dies für das Fahrerassistenzsystem vorteilhaft, weil sich infrarotes Licht ungestörter als sichtbares Licht in der Atmosphäre ausbreiten kann.The laser radiation is advantageously in a spectral range which is limited by and still has ultraviolet and infrared light. If the first oscillator generates the initial wave in the infrared spectrum, this is advantageous for the driver assistance system because infrared light can propagate in the atmosphere undisturbed as visible light.

Um mithilfe der ersten und zweiten Strahlung die weiteren Strahlungen zu erzeugen, weist der Konverter gemäß einer ersten Variante ein erstes Material auf, bei welchem ein Zusammenhang zwischen einer elektrischen Polarisation in dem ersten Material und einem elektrischen Feld, das in dem ersten Material durch die sich durch das erste Material ausbreitende erste oder zweite Strahlung entsteht, nichtlinear ist, d.h. das erste Material hat eine nichtlineare Suszeptibilität. Das derart beschaffene erste Material kann einen nichtlinearen optischen Effekt zur Erzeugung der weiteren Strahlungen mithilfe der ersten und zweiten Strahlung bewirken. In order to generate the further radiations with the aid of the first and second radiation, the converter according to a first variant has a first material, in which a relationship between an electrical polarization in the first material and an electrical field, which is reflected in the first material arises from the first material propagating first or second radiation, is non-linear, ie the first material has a nonlinear susceptibility. The first material obtained in this way can bring about a nonlinear optical effect for generating the further radiation using the first and second radiation.

Vorzugsweise ist das erste Material in Form einer optisch nichtlinear wirkenden Schicht in dem Konverter verteilt und bevorzugt als photonischer Kristall, insbesondere als ein Flüssigkristall oder ein Festkörper, oder als ein anderes anisotropes Material ausgebildet. Damit der nichtlineare optische Effekt besonders stark ist, weist die nichtlinear wirkende Schicht vorzugsweise Lithium-Borat, Beta-Barium-Borat, Kaliumtitanyl-Phosphat, deuteriertes Kaliumtitanyl-Phosphat, Lithium-Niobat oder Barium-Titanat auf. Um die Schicht abzustützen, weist der Konverter eine Trägerstruktur auf. Die Trägerstruktur kann in Form einer inneren und äußeren Glasschicht ausgebildet sein, die jeweils die Schicht umgibt und an ihr angrenzt.The first material is preferably distributed in the converter in the form of an optically nonlinearly acting layer and is preferably designed as a photonic crystal, in particular as a liquid crystal or a solid, or as another anisotropic material. So that the nonlinear optical effect is particularly strong, the nonlinearly acting layer preferably has lithium borate, beta barium borate, potassium titanyl phosphate, deuterated potassium titanyl phosphate, lithium niobate or barium titanate. In order to support the layer, the converter has a carrier structure. The carrier structure can be designed in the form of an inner and outer glass layer, which in each case surrounds and adjoins the layer.

In der Schicht sind bevorzugt mehrere dielektrische Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes räumlich periodisch zueinander angeordnet. Der Brechungsindex der Schicht kann dadurch in einer, zwei oder drei Dimensionen periodisch variieren. Ein in drei Dimensionen veränderlicher Brechungsindex kann beispielsweise mit Hilfe eines makroskopischen Bohrers oder mittels Trockenätzen hergestellt werden. Außerdem ist es möglich, die Schicht mithilfe einer Inversion eines Opals herzustellen, bei welcher dichtgepackte Siliziumdioxidkugeln zu Silizium mit einem Brechungsindex von etwa 3,4 oder zu Titanoxid mit einem Brechungsindex von etwa 2,76 invertiert werden. Des Weiteren ist eine Herstellung der Schicht mit Hilfe eines schrittweisen Schichtprozesses, mittels Interferenzlithographie und/oder direktem Laserschreiben möglich.A plurality of dielectric materials with different refractive indices are preferably spatially periodically arranged in the layer. The refractive index of the layer can therefore vary periodically in one, two or three dimensions. A refractive index that can be changed in three dimensions can be produced, for example, using a macroscopic drill or using dry etching. It is also possible to produce the layer by means of an inversion of an opal, in which densely packed silicon dioxide balls are inverted to silicon with a refractive index of approximately 3.4 or to titanium oxide with a refractive index of approximately 2.76. Furthermore, the layer can be produced using a step-by-step layer process, using interference lithography and / or direct laser writing.

Die weiteren Strahlungen, im Folgenden beispielhaft als eine fünfte und eine sechste Strahlung bezeichnet, können wie folgt erzeugt werden. Für den Fall, dass die erste Strahlung auf den Konverter trifft, wird über einen elektromagnetischen Leiter eine dritte elektromagnetische Strahlung mit einer dritten Frequenz durch den Konverter geleitet. Analog wird für den Fall, dass die zweite Strahlung auf den Konverter trifft, eine vierte elektromagnetische Strahlung mit einer vierten Frequenz über den Leiter durch den Konverter geleitet. Aufgrund des ersten Materials des Konverters wirkt die erste Strahlung mit der dritten Strahlung oder die zweite Strahlung mit der vierten Strahlung bevorzugt derart zusammen, dass die fünfte beziehungsweise sechste Strahlung mit einer fünften beziehungsweise sechsten Frequenz in dem Konverter generiert wird und aus dem Konverter austritt. Die dritte und vierte Strahlung kann mit einem zweiten Oszillator des Senders erzeugbar sein.The further radiation, hereinafter referred to as a fifth and a sixth radiation by way of example, can be generated as follows. In the event that the first radiation hits the converter, a third electromagnetic radiation with a third frequency is passed through the converter via an electromagnetic conductor. Analogously, in the event that the second radiation hits the converter, a fourth electromagnetic radiation with a fourth frequency is conducted through the converter via the conductor. Because of the first material of the converter, the first radiation with the third radiation or the second radiation with the fourth radiation preferably interacts in such a way that the fifth or sixth radiation is generated with a fifth or sixth frequency in the converter and emerges from the converter. The third and fourth radiation can be generated with a second oscillator of the transmitter.

Die fünfte beziehungsweise sechste Frequenz kann so groß wie eine Summe oder eine Differenz aus der ersten und dritten Frequenz beziehungsweise aus der zweiten und vierten Frequenz sein, je nachdem wie groß eine Dicke der Schicht an einer Stelle des Konverters ist, an dem die erste beziehungsweise zweite Strahlung auf den Konverter trifft.The fifth or sixth frequency can be as large as a sum or a difference from the first and third frequency or from the second and fourth frequency, depending on how large a thickness of the layer is at a point on the converter at which the first or second Radiation hits the converter.

Die Dicke der Schicht kann als eine Kohärenzlänge betrachtet werden, entlang welcher die erste Strahlung mit der dritten Strahlung beziehungsweise die zweite Strahlung mit der vierten Strahlung interagieren kann. Von der Kohärenzlänge hängt ab, ob eine Phasenanpassungsbedingung für eine Summenfrequenzerzeugung oder eine Differenzfrequenzerzeugung an der Stelle des Auftreffens der ersten oder zweiten Strahlung auf den Konverter erfüllt ist. Die jeweilige Phasenanpassungsbedingung kann durch die Energie- und Impulserhaltungssätze der ersten und dritten beziehungsweise zweiten und vierten Strahlung beschrieben werden. Die Phasenanpassungsbedingung für die Summenfrequenzerzeugung, wenn die erste Strahlung mit der dritten Strahlung zur Erzeugung der fünften Strahlung interagiert, kann beispielsweise folgendermaßen formuliert werden: $ω_{1} + ω_{3} = ω_{5};$

ω_{1} n_{1} + ω_{3} n_{3} = ω_{5} n_{5};

wobei ω₁,ω₃ und ω₅ die entsprechende erste, dritte und fünfte Frequenz und n₁, n₃ und n₅ den entsprechenden frequenzabhängigen Brechungsindex der ersten, dritten und fünften Strahlung in dem ersten Material des Konverters beschreiben.The thickness of the layer can be regarded as a coherence length along which the first radiation can interact with the third radiation or the second radiation with the fourth radiation. It depends on the coherence length whether a phase adjustment condition for a sum frequency generation or a difference frequency generation is fulfilled at the point where the first or second radiation hits the converter. The respective phase adjustment condition can be described by the energy and momentum conservation laws of the first and third or second and fourth radiation. The phase adjustment condition for the sum frequency generation when the first radiation interacts with the third radiation to generate the fifth radiation can be formulated as follows, for example:

ω_{1} + ω_{3} = ω_{5};

ω_{1} n_{1} + ω_{3} n_{3} = ω_{5} n_{5};

where ω ₁ , ω ₃ and ω _{5 describe} the corresponding first, third and fifth frequency and n ₁ , n ₃ and n ₅ the corresponding frequency-dependent refractive index of the first, third and fifth radiation in the first material of the converter.

Der Konverter, wie er gemäß der ersten Variante ausgeführt ist, bewirkt, dass eine Differenz zwischen der fünften und sechsten Frequenz kleiner als eine Differenz zwischen der ersten und zweiten Frequenz ist. In einer sehr vorteilhaften Ausführungsform ist die Differenz zwischen der fünften und sechsten Frequenz annähernd gleich Null, d.h. zumindest kleiner als ein Prozent der ersten Frequenz. In beiden Fällen kann eine Breite eines Frequenzspektrums derjenigen Strahlungen, die von dem Sender nach außen gelangt, mithilfe des Konverters reduziert werden. In Abhängigkeit der mit dem ersten Oszillator erzeugten Frequenz der initialen Welle kann der zweite Oszillator, vorzugsweise mithilfe der Steuereinheit, derart gesteuert werden, dass die Differenz zwischen der fünften und sechsten Frequenz zumindest kleiner als die Differenz zwischen der ersten und zweiten Frequenz und vorzugsweise annähernd gleich Null ist.The converter, as embodied according to the first variant, has the effect that a difference between the fifth and sixth frequency is smaller than a difference between the first and second frequency. In a very advantageous embodiment, the difference between the fifth and sixth frequencies is approximately zero, i.e. at least less than one percent of the first frequency. In both cases, a width of a frequency spectrum of those radiations that come out from the transmitter can be reduced with the aid of the converter. Depending on the frequency of the initial wave generated with the first oscillator, the second oscillator can be controlled, preferably with the aid of the control unit, in such a way that the difference between the fifth and sixth frequencies is at least smaller than the difference between the first and second frequencies and preferably approximately the same Is zero.

Dies ermöglicht es, dass ein einzelnes Fahrzeug, das mit dem erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystem ausgestattet ist, frequenzgesteuert die Abstrahlrichtung des Senders variieren kann, ohne ein breites Frequenzspektrum abzustrahlen, wie es bei einer Verwendung einer frequenzgesteuerten Gruppenantenne alleine der Fall wäre. Somit stellt das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem eine gute Alternative dar, um eine elektromagnetische Strahlung schneller, beispielsweise innerhalb von wenigen Nanosekunden, als mit einer mechanischen Bewegung eines Strahlers zu schwenken. Ist die Differenz zwischen der fünften und sechsten Frequenz annähernd gleich Null, so kann mit dem Fahrerassistenzsystem eine annähernd monochromatische Strahlung in verschiedene Richtungen abgestrahlt werden.This makes it possible for a single vehicle, which is equipped with the driver assistance system according to the invention, to vary the emission direction of the transmitter in a frequency-controlled manner, without emitting a broad frequency spectrum, as would be the case if a frequency-controlled group antenna were used alone. The driver assistance system according to the invention thus represents a good alternative for swiveling electromagnetic radiation faster, for example within a few nanoseconds, than with a mechanical movement of an emitter. If the difference between the fifth and sixth frequencies is approximately zero, the driver assistance system can emit approximately monochromatic radiation in different directions.

Damit die erste und die zweite Strahlung auf den Konverter treffen können, erstreckt sich der Konverter zumindest zwischen einer ersten Stelle, an dem die erste Strahlung auf den Konverter treffen kann, und einer zweiten Stelle, an dem die zweite Strahlung auf den Konverter treffen kann.So that the first and the second radiation can strike the converter, the converter extends at least between a first point at which the first radiation can hit the converter and a second point at which the second radiation can hit the converter.

Vorzugsweise ist der Konverter halbkugelförmig bezüglich eines Mittelpunktes ausgebildet, wobei einzelne Gitterachsen des ersten Materials des Konverters bevorzugt in einer radialen Richtung in Bezug zu dem Mittelpunkt orientiert sind. Dadurch wird begünstigt, dass die fünfte Strahlung den Konverter in der ersten Richtung und die sechste Strahlung den Konverter in der zweiten Richtung verlassen kann. Der Sender ist vorteilhaft in einer Nähe des Mittelpunktes angeordnet. Bevorzugt grenzt der Konverter den Sender zumindest teilweise von einer äußeren Umgebung des Fahrerassistenzsystems ab.The converter is preferably hemispherical with respect to a center point, individual grid axes of the first material of the converter preferably being oriented in a radial direction with respect to the center point. This favors that the fifth radiation can leave the converter in the first direction and the sixth radiation can leave the converter in the second direction. The transmitter is advantageously arranged in the vicinity of the center. The converter preferably delimits the transmitter at least partially from an external environment of the driver assistance system.

Eine vorteilhafte Ausführungsform kann vorsehen, dass eine Dicke der optisch nichtlinear wirkenden Schicht zwischen der ersten Stelle und der zweiten Stelle zunimmt oder abnimmt. Möglich ist, dass dadurch die Phasenanpassungsbedingung für mehrere Strahlungen unterschiedlicher Frequenzen, die auf den Konverter treffen, leichter erfüllt werden kann. Dies liegt insbesondere daran, dass eine Dispersion in dem ersten Material des Konverters in der Regel mit der Frequenz der Strahlungen variiert.An advantageous embodiment can provide that a thickness of the optically non-linear layer between the first point and the second point increases or decreases. It is possible that the phase matching condition for several radiations of different frequencies that strike the converter can be more easily fulfilled. This is due in particular to the fact that a dispersion in the first material of the converter generally varies with the frequency of the radiation.

In einer speziellen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Sender einen zweiten Laser und ein photonisches Bauelement aufweist. Das photonische Bauelement hat zumindest ein Material mit einer nichtlinearen Suszeptibilität, beispielsweise einen photonischen Kristall. Das Material des photonischen Bauelementes kann nach einer der Varianten des ersten Materials des Konverters ausgeführt sein, so dass es zumindest einen optisch nichtlinearen Effekt erzeugen kann. Das photonische Bauelement erzeugt mithilfe eines mit dem ersten Laser erzeugten ersten Laserstrahls und eines mit dem zweiten Laser erzeugten zweiten Laserstrahls zumindest einen dritten Laserstrahl zur Generierung der ersten und zweiten Strahlung. Dabei treten der erste und der zweite Laserstrahl in das photonische Bauelement ein und der dritte Laserstrahl aus dem photonischen Bauelement aus. Das photonische Bauelement kann in dieser Ausgestaltung als der erste Oszillator und der dritte Laserstrahl als die initiale Welle betrachtet werden.In a special embodiment it is provided that the transmitter has a second laser and a photonic component. The photonic component has at least one material with a nonlinear susceptibility, for example a photonic crystal. The material of the photonic component can be designed according to one of the variants of the first material of the converter, so that it can produce at least one optically non-linear effect. The photonic component uses a first laser beam generated with the first laser and a second laser beam generated with the second laser to generate at least one third laser beam for generating the first and second radiation. The first and second laser beams enter the photonic component and the third laser beam exit the photonic component. In this configuration, the photonic component can be regarded as the first oscillator and the third laser beam as the initial wave.

Eine Kohärenzlänge des photonischen Bauelementes ist bevorzugt verstellbar. Weist das photonische Bauelement den photonischen Kristall auf, so kann die Kohärenzlänge zum Beispiel mithilfe einer Drehung des Kristalls verändert werden. Dadurch kann je nach Stellung des Kristalls die initiale Welle eine Frequenz haben, die entweder einer Summe oder einer Differenz der Frequenzen des ersten und zweiten Laserstrahls entspricht. Somit ist es möglich, mithilfe des photonischen Bauelementes und des zweiten Lasers eine Breite eines möglichen Spektrums der initialen Welle zu erhöhen.A coherence length of the photonic component is preferably adjustable. If the photonic component has the photonic crystal, the coherence length can be changed, for example, by rotating the crystal. Depending on the position of the crystal, this means that the initial wave can have a frequency that either corresponds to a sum or a difference between the frequencies of the first and second laser beams. It is thus possible to use the photonic component and the second laser to increase the width of a possible spectrum of the initial wave.

Ist der erste Laser darüber hinaus wie oben beschrieben als abstimmbarer Laser ausgeführt, lässt sich die Frequenz der initialen Welle und damit die Abstrahlrichtung zusätzlich in feineren Bereichen als mithilfe einer Summenfrequenz- oder Differenzfrequenzerzeugung allein variieren. Denkbar ist, dass der zweite Laser ebenfalls als abstimmbarer Laser ausgebildet ist. Dadurch kann die Abstrahlrichtung in noch feineren Abstufungen verändert werden. Ist der zweite Laser jedoch nicht abstimmbar, kann dieser mit einer im Vergleich zum ersten Laser deutlich höheren Leistung bei ähnlichen Aufwendungen, insbesondere Kosten, betrieben werden. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Vergrößerung einer Reichweite der ersten und zweiten Strahlung.If the first laser is also designed as a tunable laser as described above, the frequency of the initial wave and thus the direction of radiation can additionally be varied in finer ranges than with the help of a sum frequency or difference frequency generation alone. It is conceivable that the second laser is also designed as a tunable laser. This allows the direction of radiation to be changed in even finer gradations become. However, if the second laser cannot be tuned, it can be operated with a significantly higher power compared to the first laser with similar expenses, in particular costs. This embodiment enables the range of the first and second radiation to be increased.

In einer alternativen Ausführungsform weist das Fahrerassistenzsystem eine Kombination von abstimmbaren Lasern und/oder einem weiteren Laser, der Laserstrahlen mit konstanter Frequenz erzeugt, und einem ersten optischen Mischer und/oder einem ersten parametrischen Verstärker auf, um den ersten Laserstrahl, der in das photonische Bauelement geleitet wird, zu erzeugen. Der erste parametrische Verstärker oder erste Mischer generiert bei dieser Ausführungsform den ersten Laserstrahl mithilfe des ersten Lasers, eines weiteren abstimmbaren Lasers und/oder des weiteren Lasers.In an alternative embodiment, the driver assistance system has a combination of tunable lasers and / or a further laser that generates laser beams at a constant frequency, and a first optical mixer and / or a first parametric amplifier in order to convert the first laser beam into the photonic component is directed to generate. In this embodiment, the first parametric amplifier or first mixer generates the first laser beam with the aid of the first laser, a further tunable laser and / or the further laser.

Weist das Fahrerassistenzsystem das photonische Bauelement und den zweiten Laser auf, so können die dritte und vierte Strahlung gemäß einer besonderen Ausgestaltung mithilfe des ersten Lasers erzeugt werden. Der zweite Oszillator kann bei dieser Ausgestaltung entfallen.If the driver assistance system has the photonic component and the second laser, then the third and fourth radiation can be generated with the aid of the first laser according to a special embodiment. The second oscillator can be omitted in this embodiment.

Gemäß einer ersten Variante können die Summenfrequenzerzeugung in dem Konverter und eine Differenzfrequenzerzeugung in dem photonischen Bauelement erfolgen. Eine zweite Variante kann vorsehen, dass die Differenzfrequenzerzeugung in dem Konverter und eine Summenfrequenzerzeugung in dem photonischen Bauelement erzeugt werden.According to a first variant, the sum frequency generation can take place in the converter and a difference frequency generation in the photonic component. A second variant can provide that the difference frequency generation is generated in the converter and a sum frequency generation in the photonic component.

Bei beiden Varianten wird bevorzugt der erste Laserstrahl geteilt und über eine erste Verbindungsleitung in das photonische Bauelement und über den elektromagnetischen Leiter in den Konverter geleitet. Dadurch kann zum einen der erste Laserstrahl zur Erzeugung der initialen Welle und damit der ersten und zweiten Strahlung verwendet werden und zum anderen die dritte und vierte Strahlung erzeugen. Dies hat den Vorteil, dass eine Erzeugung der dritten und vierten Strahlung nicht geregelt werden muss.In both variants, the first laser beam is preferably divided and directed into the photonic component via a first connecting line and into the converter via the electromagnetic conductor. As a result, on the one hand the first laser beam can be used to generate the initial wave and thus the first and second radiation and on the other hand the third and fourth radiation can be generated. This has the advantage that the generation of the third and fourth radiation does not have to be regulated.

In diesem Zusammenhang ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass das photonische Bauelement als ein parametrischer Verstärker ausgebildet ist. Bei dieser Ausgestaltung wird das photonische Bauelement derart betrieben, dass eine Intensität des zweiten Laserstrahls deutlich höher, d.h. mindestens zehn Mal höher, als eine Intensität des ersten Laserstrahls ist. Der erste Laserstrahl kann bei dieser Ausgestaltung als Signalwelle, der zweite Laserstrahl als Pumpwelle und der dritte Laserstrahl als Idlerwelle betrachtet werden. Die Pumpwelle hat bevorzugt eine mindestens doppelt so große Frequenz wie die Signalwelle.In this context, it is particularly advantageously provided that the photonic component is designed as a parametric amplifier. In this embodiment, the photonic component is operated such that an intensity of the second laser beam is significantly higher, i.e. at least ten times higher than an intensity of the first laser beam. In this configuration, the first laser beam can be regarded as a signal wave, the second laser beam as a pump wave and the third laser beam as an idler wave. The pump wave preferably has at least twice the frequency as the signal wave.

Der zweite Laserstrahl wird in das photonische Bauelement eingebracht, in welchem der zweite Laserstrahl mit dem ersten Laserstrahl interagiert und dadurch der dritte Laserstrahl entsteht. Aufgrund dieser Interaktion kann die Intensität des ersten Laserstrahls exponentiell mit einer zunehmenden Strecke, die der erste und der zweite Laserstrahl in dem Material des photonischen Bauelements zusammen kollinear zurücklegen, verstärkt werden. Mit der zunehmenden Strecke kann sich gleichzeitig auch eine Intensität des dritten Laserstrahls exponentiell erhöhen. Dies ermöglicht es, den ersten Laserstrahl zunächst mit dem abstimmbaren ersten Laser zu erzeugen und anschließend mithilfe des photonischen Bauelementes in Form des parametrischen Verstärkers zu verstärken. Eine erforderliche Leistung des ersten Lasers kann dadurch reduziert werden.The second laser beam is introduced into the photonic component in which the second laser beam interacts with the first laser beam and the third laser beam is thereby created. Because of this interaction, the intensity of the first laser beam can be increased exponentially with an increasing distance that the first and second laser beams travel together in a collinear manner in the material of the photonic component. With the increasing distance, an intensity of the third laser beam can increase exponentially at the same time. This makes it possible to generate the first laser beam first with the tunable first laser and then to amplify it with the aid of the photonic component in the form of the parametric amplifier. A required power of the first laser can thereby be reduced.

Vorteilhaft umgibt ein optischer Resonator, beispielsweise in Form von zwei Spiegeln, das photonische Bauelement. Dadurch kann eine Kohärenz des dritten Laserstrahls erhöht werden. Die Frequenz des dritten Laserstrahls, d.h. der initialen Welle, kann durch Resonatormoden des photonischen Bauelementes bestimmt werden, die sich ihrerseits von frequenzabhängigen Resonatorverlusten verändern können. Durch eine Variation einer Temperatur oder einer Orientierung des Materials, insbesondere des photonischen Kristalls, des photonischen Bauelementes kann die Frequenz des dritten Laserstrahls gesteuert werden. Mit dem optischen Resonator kann die Frequenz der initialen Welle über einen noch größeren Bereich verändert werden. Der optische Resonator bewirkt bevorzugt eine Rückkopplung der Signalwelle allein oder eine gleichzeitige Rückkopplung der Signalwelle und der Idlerwelle.An optical resonator, for example in the form of two mirrors, advantageously surrounds the photonic component. This can increase the coherence of the third laser beam. The frequency of the third laser beam, i.e. the initial wave, can be determined by resonator modes of the photonic component, which in turn can change from frequency-dependent resonator losses. The frequency of the third laser beam can be controlled by varying a temperature or an orientation of the material, in particular the photonic crystal, of the photonic component. With the optical resonator, the frequency of the initial wave can be changed over an even larger range. The optical resonator preferably effects a feedback of the signal wave alone or a simultaneous feedback of the signal wave and the idler wave.

Unabhängig davon kann vorgesehen sein, dass der Konverter anstatt dem ersten Material ein zweites Material aufweist, das eine inelastische Streuung der ersten und zweiten Strahlung bewirkt. Das zweite Material kann ein optisches Glas, z. B. Siliziumdioxid oder Borsilikatglas oder eine Verbindung aus Siliziumdioxid, Silicium und/oder Si₃N₄ sein. Möglich ist auch, dass der Konverter das erste und das zweite Material enthält. Die inelastische Streuung hat zur Folge, dass die Frequenz der ersten und der zweiten Strahlung, die auf den Konverter treffen, verringert wird. Jeweilige Strahlungen mit den derart verringerten Frequenzen, die aus dem Konverter austreten, können beispielhaft als eine siebte und achte Strahlung interpretiert werden. Nimmt eine Dicke der zweiten Schicht, die das zweite Material enthält, von der ersten Stelle in Richtung der zweiten Stelle zu oder ab, so ist ein Energieverlust der ersten und zweiten Strahlung unterschiedlich. Ein derartiger Unterschied kann bewirken, dass ein Unterschied zwischen den Frequenzen der siebten und achten Strahlung geringer als der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Frequenz ist.Independently of this, it can be provided that the converter has a second material instead of the first material, which causes inelastic scattering of the first and second radiation. The second material can be an optical glass, e.g. B. silicon dioxide or borosilicate glass or a compound of silicon dioxide, silicon and / or Si ₃ N ₄ . It is also possible that the converter contains the first and the second material. The consequence of the inelastic scattering is that the frequency of the first and the second radiation which strike the converter is reduced. Respective radiations with the frequencies reduced in this way, which emerge from the converter, can be interpreted as a seventh and eighth radiation, for example. If a thickness of the second layer, which contains the second material, increases or decreases from the first point in the direction of the second point, an energy loss of the first and second radiation is different. Such a difference can cause a difference between the frequencies of the seventh and eighth radiation to be less than the difference between the first and the second frequency.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Figuren. Dabei bezeichnet ein mehrfach verwendetes Bezugszeichen dieselbe Komponente. Die Figuren zeigen schematisch in:

1 ein Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem mit einem Sender,
2 den Sender aus 1,
3 das Fahrerassistenzsystem aus 1 mit einem Konverter,
4 ein weiteres Fahrerassistenzsystem mit einem weiteren Konverter.

Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description and from the figures. A reference symbol used several times designates the same component. The figures show schematically in:

1 a vehicle with a driver assistance system with a transmitter,
2 the transmitter 1 .
3 the driver assistance system 1 with a converter,
4 another driver assistance system with another converter.

1 zeigt ein Fahrerassistenzsystem 1 für ein Fahrzeug 2 zum Erfassen eines Objektes 3 in einer Umgebung des Fahrzeugs 2. Das Fahrerassistenzsystem 1 hat einen Sender 4, ein photonisches Bauelement 40, zumindest einen ersten Laser 34 und eine Steuereinheit 42. Der Sender 4 kann gemäß einer ersten Variante als eine Empfangs- und Sendeeinheit ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass mit Komponenten des Senders 4 eine elektromagnetische Strahlung sowohl abgestrahlt als auch empfangen werden kann. Bei einer zweiten Variante des Fahrerassistenzsystems 1 kann das Fahrerassistenzsystem 1 einen vom Sender 4 separaten Empfänger 30 aufweisen. 1 shows a driver assistance system 1 for a vehicle 2 for capturing an object 3 in an environment of the vehicle 2 , The driver assistance system 1 has a transmitter 4 , a photonic component 40 , at least a first laser 34 and a control unit 42 , The transmitter 4 can be designed according to a first variant as a receiving and transmitting unit. This means that with components of the transmitter 4 electromagnetic radiation can be emitted as well as received. In a second variant of the driver assistance system 1 can the driver assistance system 1 one from the broadcaster 4 separate receiver 30 exhibit.

2 zeigt eine schematische Darstellung des Senders 4. Der Sender 4 hat einen Eingang 5, zu dem eine initiale elektromagnetische Welle geleitet wird. Ausgehend von dem Eingang 5 erreicht die initiale Welle nacheinander einen ersten halbdurchlässigen Spiegel 6, ein erstes Verzögerungselement 7, einen zweiten halbdurchlässigen Spiegel 8, ein zweites Verzögerungselement 9, einen dritten halbdurchlässigen Spiegel 10, ein drittes Verzögerungselement 11 und einen vierten Spiegel 12. Der jeweilige Spiegel 6, 8, 10, 12 reflektiert einen jeweiligen Teil der initialen Welle in Form einer ersten, zweiten, dritten beziehungsweise vierten elektromagnetischen Welle, die entsprechend zu einem ersten Strahler 13, zweiten Strahler 14, dritten Strahler 15 beziehungsweise vierten Strahler 16 geleitet wird. 2 shows a schematic representation of the transmitter 4 , The transmitter 4 has an entrance 5 to which an initial electromagnetic wave is conducted. Starting from the entrance 5 the initial wave successively reaches a first semi-transparent mirror 6 , a first delay element 7 , a second semi-transparent mirror 8th , a second delay element 9 , a third semi-transparent mirror 10 , a third delay element 11 and a fourth mirror 12 , The respective mirror 6 . 8th . 10 . 12 reflects a respective part of the initial wave in the form of a first, second, third or fourth electromagnetic wave, corresponding to a first radiator 13 , second spotlight 14 , third spotlight 15 or fourth emitter 16 is directed.

Die Verzögerungselemente 7, 9, 11 bewirken, dass die Strahler 13, 14, 15, 16 die erste, zweite, dritte und vierte Welle in einer aufsteigenden Reihenfolge mit einer zunehmenden Phasenverschiebung abstrahlen. Die Reihenfolge beginnt hierbei mit dem ersten Strahler 13 und endet mit dem vierten Strahler 16. Die Verzögerungselemente 7, 9, 11 können in Form von Filtern oder einzelnen weiteren Leitungsabschnitten, insbesondere in Form von mehrfach gewickelten Glasfaserleitungen, ausgebildet sein. Die Verzögerungselemente 7, 9, 11 können als statische Phasenschieber betrachtet werden, die eine von einer Frequenz der initialen Welle unabhängige Zeitverschiebung der initialen Welle bewirken.The delay elements 7 . 9 . 11 cause the spotlights 13 . 14 . 15 . 16 radiate the first, second, third and fourth waves in an ascending order with an increasing phase shift. The sequence starts with the first radiator 13 and ends with the fourth emitter 16 , The delay elements 7 . 9 . 11 can be in the form of filters or individual further line sections, in particular in the form of multi-wound glass fiber lines. The delay elements 7 . 9 . 11 can be regarded as static phase shifters which cause a time shift of the initial wave which is independent of a frequency of the initial wave.

Die Strahler 13, 14, 15, 16 strahlen die jeweilige erste, zweite, dritte und vierte Welle vorteilhaft gleichmäßig in verschiedene Richtungen, insbesondere halbkugelförmig, ab. Um eine positive Interferenz der ersten, zweiten, dritten und vierte Welle in unterschiedliche Richtungen bei unterschiedlichen Frequenzen der initialen Welle zu erzeugen, sind die Strahler 13, 14, 15, 16 vorzugsweise beabstandet voneinander auf einer gemeinsamen Verbindungslinie 17 angeordnet.The spotlights 13 . 14 . 15 . 16 radiate the respective first, second, third and fourth waves advantageously uniformly in different directions, in particular hemispherical. In order to generate positive interference of the first, second, third and fourth waves in different directions at different frequencies of the initial wave, the radiators are 13 . 14 . 15 . 16 preferably spaced apart from one another on a common connecting line 17 arranged.

Aufgrund der jeweiligen Phasenverschiebungen zwischen der ersten, zweiten, dritten und vierten Welle strahlt der Sender 4 bei einer ersten Frequenz der initialen Welle eine erste elektromagnetische Strahlung 18 mit der ersten Frequenz in eine erste Richtung 19 und bei einer zweiten Frequenz der initialen Welle eine zweite elektromagnetische Strahlung 20 mit der zweiten Frequenz in eine zweite Richtung 21 ab.Because of the respective phase shifts between the first, second, third and fourth waves, the transmitter emits 4 at a first frequency of the initial wave, a first electromagnetic radiation 18 with the first frequency in a first direction 19 and a second electromagnetic radiation at a second frequency of the initial wave 20 at the second frequency in a second direction 21 from.

Die erste Richtung 19 und die erste Strahlung 18 sind in 2 mit Hilfe von durchgezogenen Linien und die zweite Richtung 21 und die zweite Strahlung 20 mithilfe von gestrichelten Linien dargestellt. In dem in 2 gezeigten Beispiel ist die erste Frequenz kleiner als die zweite Frequenz. Entsprechend ist eine zur ersten Frequenz korrespondierende erste Wellenlänge 22 größer als eine zur zweiten Frequenz korrespondierende zweite Wellenlänge 23.The first direction 19 and the first radiation 18 are in 2 with the help of solid lines and the second direction 21 and the second radiation 20 represented by dashed lines. In the in 2 Example shown, the first frequency is less than the second frequency. A first wavelength corresponding to the first frequency is corresponding 22 greater than a second wavelength corresponding to the second frequency 23 ,

3 zeigt das Fahrerassistenzsystem 1 mit dem schematisch angedeuteten Sender 4, einer Oszillatoreinheit 32 zur Erzeugung der initialen elektromagnetischen Welle und einem Konverter 31. Der Konverter 31 kann eine erste weitere Strahlung 45, im Folgenden fünfte Strahlung 45 genannt, mit einer fünften Frequenz erzeugen, wenn die erste Strahlung 18 auf eine Innenfläche 33 des Konverters 31 trifft, und eine zweite weitere Strahlung 46, im Folgenden sechste Strahlung 46 genannt, mit einer sechsten Frequenz erzeugen, wenn die zweite Strahlung 20 auf die Innenseite 33 trifft. Erfindungsgemäß ist ein Unterschied zwischen der fünften und sechsten Frequenz geringer als ein Unterschied zwischen der ersten und zweiten Frequenz. 3 shows the driver assistance system 1 with the schematically indicated transmitter 4 , an oscillator unit 32 to generate the initial electromagnetic wave and a converter 31 , The converter 31 can be a first further radiation 45 , hereinafter fifth radiation 45 called, generate at a fifth frequency when the first radiation 18 on an inner surface 33 of the converter 31 hits, and a second more radiation 46 , hereinafter the sixth radiation 46 called generate with a sixth frequency when the second radiation 20 on the inside 33 meets. According to the invention, a difference between the fifth and sixth frequency is less than a difference between the first and second frequency.

Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ist der erste Laser 34 als ein abstimmbarer Laser ausgeführt. Eine einfache Ausgestaltung des Fahrerassistenzsystems 1 kann vorsehen, dass ein mit Hilfe des ersten Lasers 34 erzeugter Laserstrahl unmittelbar an den Eingang 5 des Senders 4 geleitet wird, um die erste Strahlung 18 und die zweite Strahlung 20 zu erzeugen.At the in 3 The embodiment shown is the first laser 34 designed as a tunable laser. A simple design of the driver assistance system 1 can provide that using the first laser 34 generated laser beam directly to the entrance 5 of the transmitter 4 is directed to the first radiation 18 and the second radiation 20 to create.

3 zeigt jedoch eine Variante, bei welcher ein erster mit dem ersten Laser 34 erzeugter Laserstrahl auf einen vierten halbdurchlässigen Spiegel 35 gerichtet wird. Der vierte halbdurchlässige Spiegel 35 leitet einen ersten Teil des ersten Laserstrahls über einen elektromagnetischen Leiter 36 in eine optisch nichtlinear wirkende Schicht 37 des Konverters 31. Die Schicht 37 ist vorzugsweise in Form eines Kristalls ausgebildet und bevorzugt mit Hilfe einer inneren Glasschicht 38 und einer äußeren Glasschicht 39 des Konverters 31 gestützt. 3 however shows a variant in which a first with the first laser 34 generated laser beam on a fourth semi-transparent mirror 35 is judged. The fourth semi-transparent mirror 35 guides a first part of the first laser beam over an electromagnetic conductor 36 in an optically non-linear layer 37 of the converter 31 , The layer 37 is preferably in the form of a crystal and preferably with the aid of an inner glass layer 38 and an outer layer of glass 39 of the converter 31 supported.

Einen zweiten Teil des ersten Laserstrahls leitet der vierte Spiegel 35 in das photonische Bauelement 40. Ein von dem zweiten Laser 41 erzeugter zweiter Laserstrahl wird ebenfalls in das photonische Bauelement 40 geleitet, in dem der zweite Laserstrahl mit dem zweiten Teil des ersten Laserstrahls derart interagiert, dass ein dritter Laserstrahl entsteht, der in Form der initialen elektromagnetischen Welle in den Eingang 5 des Senders 4 geleitet wird. Besonders vorteilhaft ist das photonische Bauelement 40 in Form eines parametrischen Verstärkers ausgebildet, der, wie oben beschrieben, funktionieren kann. In diesem Fall kann der zweite Teil des ersten Laserstrahls als eine Signalwelle, der zweite Laserstrahl als eine Pumpwelle und der dritte Laserstrahl als eine Idlerwelle betrachtet werden.The fourth mirror guides a second part of the first laser beam 35 into the photonic component 40 , One from the second laser 41 generated second laser beam is also in the photonic component 40 passed, in which the second laser beam interacts with the second part of the first laser beam in such a way that a third laser beam is generated, which in the form of the initial electromagnetic wave in the input 5 of the transmitter 4 is directed. The photonic component is particularly advantageous 40 in the form of a parametric amplifier that can function as described above. In this case, the second part of the first laser beam can be regarded as a signal wave, the second laser beam as a pump wave and the third laser beam as an idler wave.

Eine parametrische Verstärkung der Signalwelle mit Hilfe des photonischen Bauelementes 40 sieht vor, dass Energie von der Pumpwelle auf die Signalwelle übertragen wird und dabei die Idlerwelle entsteht. Das photonische Bauelement 40 weist zumindest ein Material mit einer nichtlinearen Suszeptibilität auf, um aus der Pumpwelle und der Signalwelle die Idlerwelle zu generieren.A parametric amplification of the signal wave with the help of the photonic component 40 provides for energy to be transferred from the pump shaft to the signal wave, creating the idler wave. The photonic component 40 has at least one material with a non-linear susceptibility in order to generate the idler wave from the pump wave and the signal wave.

Eine besondere Weiterbildung kann vorsehen, die verstärkte Signalwelle von einem Ausgang des photonischen Bauelementes 40 in die Schicht 37 zu leiten. Bei dieser Weiterbildung verbindet der Leiter 36 den Ausgang mit der Schicht 37 und der erste Laserstrahl wird direkt von dem ersten Laser 34 in das photonische Bauelement 40 geleitet.A special development can provide the amplified signal wave from an output of the photonic component 40 into the shift 37 to lead. In this training, the leader connects 36 the exit with the layer 37 and the first laser beam is directly from the first laser 34 into the photonic component 40 directed.

Vorteilhaft erzeugt der erste Laser 34 nacheinander den ersten Laserstrahl mit unterschiedlichen Frequenzen. Die unterschiedlichen Frequenzen liegen hierbei bevorzugt in einem ersten Bereich, der Frequenzen vom sichtbaren Licht bis zu naher Infrarotstrahlung umfasst, oder in einem zweiten Bereich, der Frequenzen von naher Infrarotstrahlung bis zu ferner Infrarotstrahlung umfasst. Eine Frequenz des ersten Laserstrahls wird so lange konstant gehalten, wie die Abstrahlrichtung des Senders 4 unverändert bleiben soll. Hierzu wird der erste Laser 34 mit Hilfe der Steuereinheit 42 gesteuert. Beispielsweise kann die Steuereinheit 42 eine Resonatorlänge in dem ersten Laser 34 verändern, so dass in dem ersten Laser 34 bestimmte Moden unterdrückt oder verstärkt werden, um die Frequenz des ersten Laserstrahls zu variieren.The first laser advantageously generates 34 successively the first laser beam with different frequencies. The different frequencies are preferably in a first range, which comprises frequencies from visible light to near infrared radiation, or in a second range, which includes frequencies from near infrared radiation to far infrared radiation. A frequency of the first laser beam is kept constant as long as the direction of emission of the transmitter 4 should remain unchanged. For this, the first laser 34 with the help of the control unit 42 controlled. For example, the control unit 42 a resonator length in the first laser 34 change so that in the first laser 34 certain modes are suppressed or amplified in order to vary the frequency of the first laser beam.

Eine besondere Variante kann vorsehen, dass die Steuereinheit 42 das photonische Bauelement 40 steuert. Beispielsweise kann die Steuereinheit 42 das photonische Bauelement 40, insbesondere einzelne Komponenten des photonischen Bauelementes 40, derart steuern, dass eine Phasenanpassungsbedingung für eine Differenzfrequenzerzeugung in dem photonischen Bauelement 40 erfüllt ist. Dies kann beispielsweise durch Veränderung einer Temperatur oder einer Orientierung eines photonischen Kristalls des photonischen Bauelementes 40 realisiert werden.A special variant can provide that the control unit 42 the photonic component 40 controls. For example, the control unit 42 the photonic component 40 , in particular individual components of the photonic component 40 , control such that a phase matching condition for a differential frequency generation in the photonic component 40 is satisfied. This can be done, for example, by changing a temperature or an orientation of a photonic crystal of the photonic component 40 will be realized.

Weist der dritte Laserstrahl, d. h. die initiale Welle, die erste Frequenz auf, so sendet der Sender 4 die erste Strahlung 18 in die erste Richtung 19, wodurch die erste Strahlung 18 auf eine erste Stelle 43 des Konverters 31 trifft. Analog trifft die zweite Strahlung 20 auf eine zweite Stelle 44 des Konverters 31, wenn der dritte Laserstrahl die zweite Frequenz aufweist.If the third laser beam, ie the initial wave, has the first frequency, the transmitter transmits 4 the first radiation 18 in the first direction 19 , causing the first radiation 18 to a first place 43 of the converter 31 meets. The second radiation hits in the same way 20 to a second position 44 of the converter 31 when the third laser beam has the second frequency.

Nachdem die erste Strahlung 18 auf die erste Stelle 43 getroffen ist, breitet sie sich durch die innere Glasschicht 38 hin zu der optisch nichtlinear wirkenden Schicht 37 aus. Eine Dicke der Schicht 37 ist vorzugsweise so groß, dass die oben genannte Phasenanpassungsbedingung für eine Summenfrequenzbildung mit Hilfe der ersten Strahlung 18 und des in die Schicht 37 geleiteten ersten Teils des ersten Laserstrahls näherungsweise erfüllt ist. Näherungsweise erfüllt meint, dass ein Wert einer jeweiligen linken Seite des oben aufgeführten Gleichungssystems, das die Phasenanpassungsbedingung für die Summenfrequenzbildung ausdrückt, weniger als 1 % von einem Wert einer entsprechenden rechten Seite dieses Gleichungssystems abweicht.After the first radiation 18 to the first place 43 hit, it spreads through the inner layer of glass 38 towards the optically non-linear layer 37 out. A thickness of the layer 37 is preferably so large that the above-mentioned phase matching condition for a summation frequency formation with the aid of the first radiation 18 and that into the shift 37 guided first part of the first laser beam is approximately fulfilled. Approximately satisfied means that a value of a respective left side of the equation system listed above, which expresses the phase adjustment condition for the summation frequency formation, deviates less than 1% from a value of a corresponding right side of this equation system.

Aufgrund der Funktionsweise des photonischen Bauelementes 40, verändert sich eine Frequenz der initialen Welle in Abhängigkeit von einer Frequenz des ersten Laserstrahls. Im Folgenden wird angenommen, dass die initiale Welle mit der ersten Frequenz erzeugt wird, wenn der erste Laserstrahl eine dritte Frequenz hat, und die initiale Welle mit der zweiten Frequenz erzeugt wird, wenn der erste Laserstrahl eine vierte Frequenz aufweist. Der erste Laserstrahl mit der dritten Frequenz beziehungsweise vierten Frequenz wird im Folgenden als eine dritte Strahlung beziehungsweise vierte Strahlung bezeichnet.Because of the way the photonic component works 40 , a frequency of the initial wave changes depending on a frequency of the first laser beam. In the following it is assumed that the initial wave with the first frequency is generated when the first laser beam has a third frequency, and the initial wave is generated with the second frequency when the first laser beam has a fourth frequency. The first laser beam with the third frequency or fourth frequency is referred to below as a third radiation or fourth radiation.

Mit dem Fahrerassistenzsystem 1 kann nun ein erster Teil des ersten Laserstrahls mit der dritten Frequenz in die Schicht 37 geleitet und gleichzeitig die erste Strahlung 18 in der ersten Richtung 19 durch die innere Glasschicht in die Schicht 37 gesendet werden. In der Schicht 37 interagieren die erste Strahlung 18 und die dritte Strahlung derart, dass die fünfte Strahlung mit der fünften Frequenz in der Schicht 37 erzeugt wird. Eine Ausrichtung von Gitterachsen des ersten Materials der Schicht 37 in radialer Richtung bewirkt, dass die fünfte Strahlung 45 den Konverter 31 in der ersten Richtung 19 verlassen kann. Dabei breitet sich die fünfte Strahlung im Wesentlichen ungehindert in der äußeren Glasschicht 39 aus.With the driver assistance system 1 a first part of the first laser beam can now enter the layer at the third frequency 37 directed and at the same time the first radiation 18 in the first direction 19 through the inner layer of glass into the layer 37 be sent. In the shift 37 interact the first radiation 18 and the third radiation such that the fifth radiation with the fifth frequency in the layer 37 is produced. An alignment of lattice axes of the first material of the layer 37 in the radial direction causes the fifth radiation 45 the converter 31 in the first direction 19 can leave. The fifth radiation spreads essentially unhindered in the outer glass layer 39 out.

Um die sechste Strahlung 46 mit der sechsten Frequenz in die zweite Richtung 21 auszusenden, kann das Fahrerassistenzsystem 1 derart betrieben werden, dass der erste Laser 34 den ersten Laserstrahl mit der vierten Frequenz erzeugt und der erste Teil des ersten Laserstrahls in die Schicht 37 geleitet wird. Gleichzeitig wird die initiale Welle mit der zweiten Frequenz mit Hilfe des photonischen Bauelementes 40 generiert und an den Eingang 5 des Senders 4 geleitet. Dadurch sendet der Sender 4 die zweite Strahlung 20 in die zweite Richtung 21 aus, die an der zweiten Stelle 44 auf den Konverter 31 trifft, die innere Glasschicht 38 durchdringt und anschließend mit der vierten Strahlung in der Schicht 37 interagiert. Bei dieser Interaktion entsteht die sechste Strahlung 46 mit Hilfe eines optisch nichtlinearen Effektes in der Schicht 37. Die sechste Strahlung 46 verlässt den Konverter 31 in der zweiten Richtung 21 über die äußere Glasschicht 39.Around the sixth radiation 46 with the sixth frequency in the second direction 21 the driver assistance system 1 operated such that the first laser 34 generates the first laser beam at the fourth frequency and the first part of the first laser beam into the layer 37 is directed. At the same time, the initial wave with the second frequency is generated using the photonic component 40 generated and to the entrance 5 of the transmitter 4 directed. This will send the transmitter 4 the second radiation 20 in the second direction 21 from that in the second place 44 on the converter 31 hits the inner layer of glass 38 penetrates and then with the fourth radiation in the layer 37 interacts. This interaction creates the sixth radiation 46 with the help of an optically non-linear effect in the layer 37 , The sixth radiation 46 leaves the converter 31 in the second direction 21 over the outer layer of glass 39 ,

Dadurch, dass in dem photonischen Bauelement 40 die Differenzfrequenzerzeugung und in dem Konverter 31 die Summenfrequenzerzeugung stattfindet, ist der Unterschied zwischen der fünften und sechsten Frequenz geringer als der Unterschied zwischen der ersten und zweiten Frequenz.The fact that in the photonic component 40 the difference frequency generation and in the converter 31 the sum frequency generation takes place, the difference between the fifth and sixth frequency is less than the difference between the first and second frequency.

Die fünfte und sechste Strahlung wird an dem Objekt 3 reflektiert und kann mithilfe des Empfängers 30 und einer Auswertungseinheit des Fahrerassistenzsystems 1 erfasst werden. Dabei kann beispielsweise eine relative Entfernung des Objektes 3 zu dem Fahrzeug 2 bestimmt werden.The fifth and sixth radiation is on the object 3 reflected and can use the receiver 30 and an evaluation unit of the driver assistance system 1 be recorded. For example, a relative distance of the object 3 to the vehicle 2 be determined.

Besonders vorteilhaft werden das photonische Bauelement 40 in Form des parametrischen Verstärkers und der erste Laser 34 folgendermaßen gesteuert. Zunächst erzeugt der zweite Laser 41 den zweiten Laserstrahl mit einer gewünschten Frequenz, die derjenigen Frequenz entspricht, mit der die fünfte und sechste Strahlung 45, 46 das Fahrerassistenzsystem 1 verlassen sollen. Der zweite Laserstrahl wird in das photonische Bauelement 40 geleitet, wo er mit dem ersten Laserstrahl interagiert und den dritten Laserstrahl erzeugt, wobei der dritte Laserstrahl vorzugsweise eine Frequenz hat, die einer Differenz zwischen der Frequenz des zweiten Laserstrahls und der Frequenz des ersten Laserstrahls entspricht.The photonic component is particularly advantageous 40 in the form of the parametric amplifier and the first laser 34 controlled as follows. First, the second laser generates 41 the second laser beam with a desired frequency which corresponds to the frequency with which the fifth and sixth radiation 45 . 46 the driver assistance system 1 should leave. The second laser beam is in the photonic device 40 directed where it interacts with the first laser beam and generates the third laser beam, the third laser beam preferably having a frequency which corresponds to a difference between the frequency of the second laser beam and the frequency of the first laser beam.

Durch eine Veränderung der Frequenz des ersten Laserstrahls kann die Abstrahlrichtung des Senders 4 verändert werden. Ein Teil des ersten Laserstrahls wird in die Schicht 37 geleitet, in der dieser Teil des ersten Laserstrahls mit der von dem Sender 4 ausgesandten Strahlung interagiert. Die Dicke der Schicht 37 ist derart ausgelegt, dass in der Schicht 37 die fünfte Strahlung 45 beziehungsweise die sechste Strahlung 46 erzeugt werden, wenn der Teil des ersten Laserstrahls mit der ersten Strahlung 18 beziehungsweise zweiten Strahlung 20 interagiert. In der Schicht 37 erfolgt die Summenfrequenzerzeugung, so dass die fünfte und sechste Strahlung 45, 46 jeweils die fünfte und die sechste Frequenz aufweisen, die näherungsweise gleich der Frequenz des zweiten Laserstrahls ist. Dadurch kann mit Hilfe des Fahrerassistenzsystems 1 eine elektromagnetische Strahlung geschwenkt werden, die unabhängig von ihrer Richtung eine annähernd konstante Frequenz aufweist.The emission direction of the transmitter can be changed by changing the frequency of the first laser beam 4 to be changed. Part of the first laser beam is in the layer 37 in which this part of the first laser beam with that from the transmitter 4 emitted radiation interacts. The thickness of the layer 37 is designed so that in the layer 37 the fifth radiation 45 or the sixth radiation 46 generated when the part of the first laser beam with the first radiation 18 or second radiation 20 interacts. In the shift 37 the sum frequency is generated so that the fifth and sixth radiation 45 . 46 each have the fifth and the sixth frequency, which is approximately equal to the frequency of the second laser beam. This can be done with the help of the driver assistance system 1 an electromagnetic radiation is pivoted, which has an approximately constant frequency regardless of its direction.

In einer besonderen Variante der in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform des Fahrerassistenzsystems 1 kann das photonische Bauelement 40 alternativ oder zusätzlich eine Funktion eines photonischen Mischers aufweisen. In diesem Fall ist das photonische Bauelement 40 mit Hilfe der Steuereinheit 42 derart steuerbar, dass der dritte Laserstrahl, der das photonische Bauelement 40 verlässt, eine Frequenz haben kann, die doppelt so groß wie die Frequenz des ersten Laserstrahls oder des zweiten Laserstrahls, so groß wie eine Summe aus der Frequenz des ersten Laserstrahls und der Frequenz des zweiten Laserstrahls oder so groß wie eine Differenz zwischen der Frequenz des ersten Laserstrahls und des zweiten Laserstrahls ist. Eine besondere Variante kann vorsehen, dass das photonische Bauelement 40 sowohl als parametrischer Verstärker wie oben beschrieben und/oder wie der photonische Mischer arbeiten kann. Ein Betriebsmodus des photonischen Bauelementes 40 ist hierbei bevorzugt mittels der Steuereinheit 42 steuerbar, insbesondere regelbar.In a special variant of the in the 1 to 4 shown embodiment of the driver assistance system 1 can the photonic component 40 alternatively or additionally have a function of a photonic mixer. In this case, the photonic component 40 with the help of the control unit 42 controllable in such a way that the third laser beam, which is the photonic component 40 can have a frequency that is twice the frequency of the first laser beam or the second laser beam, as large as a sum of the frequency of the first laser beam and the frequency of the second laser beam or as large as a difference between the frequency of the first Laser beam and the second laser beam. A special variant can provide that the photonic component 40 both as a parametric amplifier as described above and / or how the photonic mixer can work. An operating mode of the photonic component 40 is preferred here by means of the control unit 42 controllable, especially adjustable.

4 zeigt ein weiteres Fahrerassistenzsystem 100, das denselben Sender 4, dasselbe photonische Bauelement 40, denselben ersten Laser 34, denselben zweiten Laser 41 und dieselbe Steuereinheit 42 wie das Fahrerassistenzsystem 1 aufweist. Das weitere Fahrerassistenzsystem 100 unterscheidet sich von dem Fahrerassistenzsystem 1 dahingehend, dass das weitere Fahrerassistenzsystem 100 einen weiteren Konverter 131 hat, der eine Schicht 137 mit einer in einer Umfangsrichtung 140 des weiteren Konverters 131 zunehmenden Dicke 141 hat. Die Schicht 137 des weiteren Konverters 131 ist mit Hilfe einer inneren Glasschicht 138 und einer äußeren Glasschicht 139 gestützt und weist ein Material auf, das eine inelastische Streuung der ersten Strahlung 18 und der zweiten Strahlung 20 bewirken kann. 4 shows another driver assistance system 100 , the same transmitter 4 , the same photonic component 40 , the same first laser 34 , the same second laser 41 and the same control unit 42 like the driver assistance system 1 having. The further driver assistance system 100 differs from the driver assistance system 1 in that the further driver assistance system 100 another converter 131 has one shift 137 with one in a circumferential direction 140 of the further converter 131 increasing thickness 141 Has. The layer 137 of the further converter 131 is with the help of an inner layer of glass 138 and one outer layer of glass 139 supported and has a material that is an inelastic scattering of the first radiation 18 and the second radiation 20 can effect.

Wenn die inelastische Streuung der ersten Strahlung 18 oder der zweiten Strahlung 20 in der Schicht 137 erfolgt, entsteht eine siebte Strahlung 47 mit einer siebten Frequenz beziehungsweise eine achte Strahlung 48 mit einer achten Frequenz, die jeweils eine geringere Energie als die erste Strahlung 18 beziehungsweise die zweite Strahlung 20 haben. Dadurch, dass die Dicke 141 der Schicht 137 in der Umfangsrichtung 140 zunimmt, nimmt auch ein Energieverlust einer sich durch die Schicht 137 ausbreitenden Strahlung mit der Umfangsrichtung 140 zu.If the inelastic scattering of the first radiation 18 or the second radiation 20 in the shift 137 a seventh radiation occurs 47 with a seventh frequency or an eighth radiation 48 with an eighth frequency, each of a lower energy than the first radiation 18 or the second radiation 20 to have. Because of the thickness 141 the layer 137 in the circumferential direction 140 increases, there is also an energy loss through the layer 137 propagating radiation with the circumferential direction 140 to.

Dies hat zur Folge, dass der Unterschied zwischen der siebten und der achten Frequenz geringer als der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Frequenz ist. Bevorzugt ist ein Verlauf der Dicke 141 der Schicht 137 derart ausgebildet, dass Strahlungen, die den Konverter 131 nach außen verlassen, unabhängig von der Frequenz der von dem Sender 4 ausgestrahlten Strahlung annähernd dieselbe Frequenz aufweisen. Bei einem Betrieb des weiteren Fahrerassistenzsystems 100 ist es nicht notwendig, einen Teil des ersten Laserstrahls in den Konverter 131 zu leiten. Daher können der in 3 gezeigte halbdurchlässige vierte Spiegel 35 und der elektromagnetische Leiter 36 entfallen.As a result, the difference between the seventh and eighth frequencies is less than the difference between the first and second frequencies. A course of the thickness is preferred 141 the layer 137 formed such that radiation that the converter 131 to the outside regardless of the frequency of that from the transmitter 4 emitted radiation have approximately the same frequency. When operating the additional driver assistance system 100 it is not necessary to part of the first laser beam in the converter 131 to lead. Therefore, the in 3 shown semitransparent fourth mirror 35 and the electromagnetic conductor 36 omitted.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102009009047 A1 [0002]
DE 102006020387 A1 [0002]

Claims

Driver assistance system (1) for a vehicle (2) for detecting an object (3), the driver assistance system (1) having a transmitter (4) with a frequency-controlled radiation direction, which emits a first electromagnetic radiation (18) at least one after the other in a first direction (19) ) with a first frequency and in a second direction (21) can emit a second electromagnetic radiation (20) with a second frequency, and a converter (31; 131) that uses the first radiation (18) and the second radiation (20 ) can successively generate a further radiation (45, 46) with a respective further frequency, a difference between the further frequencies being less than a difference between the first and the second frequency.

Driver assistance system (1) Claim 1 characterized in that the driver assistance system (1) has at least one first laser (34) and at least two radiators (13, 14) coupled to the first laser (34) and the radiators (13, 14) have the first and the second radiation ( 18, 20) each in the form of a laser radiation generated at least with the first laser (34).

Driver assistance system (1) Claim 1 or 2 , characterized in that the converter (31) comprises a first material, in which a relationship between an electrical polarization in the first material and an electrical field, which in the first material is caused by the first or second radiation (1) propagating through the first material. 18, 20) arises, is nonlinear, and the first material produces a nonlinear optical effect for generating the further radiation (45, 46) with the aid of the first and second radiation (18, 20).

Driver assistance system (1) Claim 3 characterized in that the converter (31) is located between a first point (43) at which the first radiation (18) can strike the converter (31) and a second point (44) at which the second radiation ( 20) can meet the converter (31), and a thickness of an optically non-linear layer (37) of the converter (31) increases or decreases between the first point and the second point.

Driver assistance system (1) according to one of the Claims 2 to 4 , characterized in that the first laser (34) is a tunable laser.

Driver assistance system (1) according to one of the Claims 2 to 5 , characterized in that the driver assistance system (1) has a second laser (41) and a photonic component (40) which has at least one material with a non-linear susceptibility, and the photonic component (40) with the aid of one with the first laser (34 ) generated first laser beam and a second laser beam generated with the second laser (41) generates a third laser beam for generating the first and second radiation (18, 20).

Driver assistance system (1) Claim 6 , characterized in that the driver assistance system (1) has an electromagnetic conductor (36) which guides at least a first part of the first laser beam to the converter (31) for generating the respective further radiation (45, 46).

Driver assistance system (1) Claim 6 or 7 , characterized in that the photonic component (40) is designed as a parametric amplifier.

Driver assistance system (1) Claim 6 or 7 , characterized in that the photonic component (40) is designed as a photonic mixer.

Driver assistance system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the converter (131) comprises a second material which can cause inelastic scattering of the first and second radiation (18, 20).