DE102017123984A1

DE102017123984A1 - Driver assistance system with a nanowire for detecting an object in an environment of a vehicle

Info

Publication number: DE102017123984A1
Application number: DE102017123984.7A
Authority: DE
Inventors: Rainer Straschill
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2017-11-30
Also published as: DE102018124969A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem (1) mit einem Sender (4) und einem Empfänger (5) zur Erfassung eines Objektes (3) in einem Umfeld eines Fahrzeugs (2), wobei der Sender (4) eine Elektronenquelle (11), einen Elektronenbeschleuniger (12) mit einer Kathode (13) und einer ersten Anode (14), einen Nanodraht (15) und eine zweite Anode (16) mit einem gegenüber der ersten Anode (14) größerem elektrischen Potential hat, ein erster Abschnitt (17) des Nanodrahtes (15) zur Beschleunigung von aus der Kathode (13) austretenden und in den Nanodraht (15) eintretenden Elektronen zwischen der Kathode (13) und der ersten Anode angeordnet ist, der Nanodraht (15) einen zweiten Abschnitt (18) zum schraubenartigen Führen der Elektronen aufweist, der zweite Abschnitt (18) des Nanodrahtes (15) zwischen der ersten Anode (14) und der zweiten Anode (16) angeordnet ist und derart um eine gerade Mittellinie (19) gewunden ist, dass ein Abstand vom Nanodraht (15) zu der Mittellinie (19) konstant ist, wobei die zweite Anode (16) mit dem größeren elektrischen Potential bewirkt, dass sich die Elektronen zur Emission einer monochromatischen elektromagnetischen Strahlung innerhalb des zweiten Abschnittes (18) mit einer annähernd konstanten Geschwindigkeit bewegen können.The invention relates to a driver assistance system (1) comprising a transmitter (4) and a receiver (5) for detecting an object (3) in an environment of a vehicle (2), the transmitter (4) comprising an electron source (11), an electron accelerator (12) having a cathode (13) and a first anode (14), a nanowire (15) and a second anode (16) having a greater electrical potential than the first anode (14), a first portion (17) of the Nanowire (15) for accelerating out of the cathode (13) and entering the nanowire (15) entering electrons between the cathode (13) and the first anode is arranged, the nanowire (15) has a second portion (18) for helical guiding of electrons, the second portion (18) of the nanowire (15) is disposed between the first anode (14) and the second anode (16) and wound around a straight centerline (19) such that a distance from the nanowire (15 ) to the center line (19) is constant wherein the second anode (16) having the greater electrical potential causes the electrons to move to emit monochromatic electromagnetic radiation within the second portion (18) at an approximately constant velocity.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem mit einem Sender und einen Empfänger zur Erfassung eines Objektes in einem Umfeld eines Fahrzeugs. The invention relates to a driver assistance system with a transmitter and a receiver for detecting an object in an environment of a vehicle.

Es ist bekannt, ein solches Fahrerassistenzsystem zur Unterstützung eines Fahrers des Fahrzeugs einzusetzen. Bekannte Sender- und Empfängerkomponenten für ein solches Fahrerassistenzsystem sind zum Beispiel die von LIDAR-Systemen oder Radarsystemen. So wird in der DE 10 2006 020 387 A1 eine Hinderniserkennungseinrichtung mit einem Radarsystem vorgeschlagen. Darin wird weiterhin ein kombiniertes System, bestehend aus einem Millimeterwellenradar und einem Laserradar zur Detektion von vor dem Fahrzeug befindlichen Objekten, offenbart. Aus der DE 10 2009 009 047 A1 ist bekannt, ein LIDAR zur Entfernungsmessung zu verwenden, um ein dreidimensionales Bild einer Umgebung des Fahrzeugs zu generieren. It is known to use such a driver assistance system to assist a driver of the vehicle. Known transmitter and receiver components for such a driver assistance system are, for example, those of LIDAR systems or radar systems. So will in the DE 10 2006 020 387 A1 proposed an obstacle detection device with a radar system. It further discloses a combined system consisting of a millimeter-wave radar and a laser radar for detecting objects in front of the vehicle. From the DE 10 2009 009 047 A1 It is known to use a LIDAR for distance measurement to generate a three-dimensional image of an environment of the vehicle.

Die oben genannten Sender- und Empfängerkomponenten können zum Beispiel für eine Unterstützung des Fahrers bei einem Einparkvorgang verwendet werden. Soll das Fahrerassistenzsystem auch für ein autonomes Fahren des Fahrzeugs Anwendung finden, so sind die Anforderungen an eine Präzision des Fahrerassistenzsystems höher, weil es beim autonomen Fahren für einen Betrieb des Fahrzeugs bei höheren Geschwindigkeiten als beim Einparken eingesetzt wird. The above-mentioned transmitter and receiver components may be used, for example, to assist the driver in a parking operation. If the driver assistance system is also to be used for autonomous driving of the vehicle, then the requirements for precision of the driver assistance system are higher because it is used for autonomous driving for operation of the vehicle at higher speeds than when parking.

Diese höheren Anforderungen können mit den oben genannten Sender- und Empfängerkomponenten unter Umständen nicht erfüllt werden. So kann eine Verwendung eines LIDAR-Systems zur Erfassung der Umgebung des Fahrzeugs durch Witterungsbedingungen oder Rauch beeinträchtigt werden, insbesondere wenn das LIDAR-System bei Wellenlängen im Bereich des sichtbaren Frequenzbandes arbeitet. Des Weiteren kann ein herkömmliches Radarsystem aufgrund von Phaseninstabilitäten der Radarstrahlung Einschränkungen bezüglich der Genauigkeit in allen drei Dimensionen aufweisen. These higher requirements may not be met with the above transmitter and receiver components. Thus, use of a LIDAR system to detect the environment of the vehicle may be affected by weather conditions or smoke, especially when the LIDAR system operates at wavelengths in the range of the visible frequency band. Furthermore, a conventional radar system may have accuracy limitations in all three dimensions due to phase instabilities of the radar beam.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Fahrerassistenzsystems mit einem Sender und einen Empfänger zur Erfassung einer Umgebung eines Fahrzeugs bereitzustellen, welches eine präzisere Erfassung der Umgebung des Fahrzeugs ermöglicht. Object of the present invention is therefore to provide a driver assistance system with a transmitter and a receiver for detecting an environment of a vehicle, which allows a more precise detection of the environment of the vehicle.

Diese Aufgabe wird mit einem Fahrerassistenzsystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This object is achieved with a driver assistance system having the features of claim 1 and a method having the features of claim 7. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Fahrerassistenzsystem mit einem Sender und einem Empfänger zur Erfassung eines Objektes in einem Umfeld eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Der Sender weist eine Elektronenquelle, einen Elektronenbeschleuniger mit einer Kathode und einer ersten Anode, ein erstes elektrisch leitendes Gehäuse, einen Nanodraht und eine zweite Anode mit einem gegenüber der ersten Anode größerem elektrischen Potential auf. Ein erster Abschnitt des Nanodrahtes ist zur Beschleunigung von aus der Kathode austretenden und in den Nanodraht eintretenden Elektronen zwischen der Kathode und der ersten Anode angeordnet. Des Weiteren hat der Nanodraht einen zweiten Abschnitt zum schraubenartigen Führen der Elektronen, wobei der zweite Abschnitt des Nanodrahtes zwischen der ersten Anode und der zweiten Anode angeordnet ist und derart um eine gerade Mittellinie gewunden ist, dass ein Abstand vom Nanodraht zu der Mittellinie konstant ist. Des Weiteren ist der zweite Abschnitt von dem ersten elektrisch leitenden Gehäuse umgeben. Die zweite Anode mit dem größeren elektrischen Potential bewirkt, dass sich die Elektronen zur Emission einer monochromatischen elektromagnetischen Strahlung innerhalb des zweiten Abschnittes mit einer annähernd konstanten Geschwindigkeit bewegen. To solve this problem, a driver assistance system with a transmitter and a receiver for detecting an object in an environment of a vehicle is proposed. The transmitter has an electron source, an electron accelerator having a cathode and a first anode, a first electrically conductive housing, a nanowire and a second anode having a greater electrical potential than the first anode. A first portion of the nanowire is disposed between the cathode and the first anode for accelerating electrons emerging from the cathode and entering the nanowire. Further, the nanowire has a second portion for helically guiding the electrons, wherein the second portion of the nanowire is disposed between the first anode and the second anode and wound around a straight centerline such that a distance from the nanowire to the centerline is constant. Furthermore, the second portion is surrounded by the first electrically conductive housing. The second anode having the greater electrical potential causes the electrons to move at an approximately constant velocity to emit monochromatic electromagnetic radiation within the second portion.

Dadurch, dass der zweite Abschnitt des Nanodrahtes mit einem konstanten Radius um die Mittellinie verläuft, werden die Elektronen in dem Nanodraht nahezu auf einer Kreisbahn geführt. Die sich auf der Kreisbahn bewegenden Elektronen werden in dem zweiten Abschnitt des Nanodrahtes zur Mittellinie hin, ähnlich wie bei einem Speicherring, beschleunigt. Die derart beschleunigten Elektronen strahlen eine Bremsstrahlung ab, die je nach Geschwindigkeit der Elektronen eine Wellenlänge von etwa 0,1 nm bis 0,1 mm haben kann und bevorzugt einer Synchrotronstrahlung entspricht. Charakteristisch für die Bremsstrahlung der Elektronen ist, dass ein Spektrum der Bremsstrahlung ein lokales Maximum hat, welches bevorzugt ein globales Maximum ist. Eine entsprechende Frequenz, bei welcher sich das lokale Maximum des Spektrums ausbildet, wird im Folgenden als eine spezifische Frequenz bezeichnet. Eine zur spezifischen Frequenz entsprechende Wellenlänge wird im Folgenden eine spezifische Wellenlänge genannt. Eine Energie eines Photons mit der spezifischen Wellenlänge wird im Folgenden als eine spezifische Energie bezeichnet, die sich aus einem Produkt mit dem Kehrbruch der spezifischen Wellenlänge als einem ersten Faktor und der Planckschen Wirkungskonstante als einem zweiten Faktor berechnet. The fact that the second section of the nanowire runs with a constant radius around the center line, the electrons are guided in the nanowire almost in a circular path. The electrons traveling on the circular path are accelerated in the second section of the nanowire towards the center line, similar to a storage ring. The thus accelerated electrons radiate a Bremsstrahlung, which may have a wavelength of about 0.1 nm to 0.1 mm depending on the speed of the electrons and preferably corresponds to a synchrotron radiation. It is characteristic of the bremsstrahlung of the electrons that a spectrum of the bremsstrahlung has a local maximum, which is preferably a global maximum. A corresponding frequency at which the local maximum of the spectrum is formed is referred to below as a specific frequency. A wavelength corresponding to the specific frequency is hereinafter called a specific wavelength. An energy of a photon with the specific wavelength is hereinafter referred to as a specific energy, which is calculated from a product with the sweep of the specific wavelength as a first factor and the Planck constant as a second factor.

Während ein Elektron in dem Nanodraht den zweiten Abschnitt durchläuft, umläuft das Elektron vorzugsweise mehrmals die Mittellinie auf einer Kreisbahn. Die dabei abgestrahlte Bremsstrahlung des Elektrons bewirkt, dass das Elektron in dem Moment, in welchem es die Bremsstrahlung in Form einer elektromagnetischen Welle mit der spezifischen Wellenlänge abstrahlt, Energie verliert. Die spezifische Wellenlänge kann insbesondere von einer Umlaufdauer der Elektronen um die Mittellinie abhängen, wobei die Umlaufdauer eine Zeit beschreibt, die ein Elektron benötigt, um die Mittellinie einmal vollständig zu umrunden. As an electron in the nanowire passes through the second section, it orbits Electron preferably several times the midline on a circular path. The radiated Bremsstrahlung of the electron causes the electron in the moment in which it emits the Bremsstrahlung in the form of an electromagnetic wave with the specific wavelength, loses energy. Specifically, the specific wavelength may depend on a period of orbit of the electrons about the centerline, where the orbital period describes a time that an electron takes to once completely circle the centerline.

Bei einem konstanten Abstand des Nanodrahtes zur Mittellinie hängt die Umlaufdauer und damit die spezifische Wellenlänge von einer Geschwindigkeit der Elektronen in dem zweiten Abschnitt, im Folgenden spezifische Geschwindigkeit genannt, ab. Hierbei wird angenommen, dass gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Nanodraht in dem gesamten zweiten Abschnitt mit einer annähernd konstanten Steigung um die Mittellinie gewunden ist. With a constant distance of the nanowire to the center line, the circulation time and thus the specific wavelength depends on a speed of the electrons in the second section, referred to below as the specific speed. In this case, it is assumed that according to an advantageous embodiment, the nanowire in the entire second section is wound around the center line with an approximately constant gradient.

Eine verlorene Energie kann das Elektron dadurch wieder aufnehmen, indem es durch das an der zweiten Anode im Vergleich zur ersten Anode höhere Potential, bevorzugt kontinuierlich, in Richtung der zweiten Anode beschleunigt wird. Erreicht das Elektron eine Geschwindigkeit, die größer als die spezifische Geschwindigkeit ist, so kann das Elektron erneut die Bremsstrahlung abgeben, wodurch das Elektron langsamer wird. Somit bewirkt das höhere Potential der zweiten Anode, dass sich die Elektronen in dem zweiten Abschnitt mit einer Geschwindigkeit bewegen, die um die spezifische Geschwindigkeit schwankt und daher annähernd konstant ist. A lost energy can be absorbed by the electron by being accelerated by the higher potential at the second anode compared to the first anode, preferably continuously, in the direction of the second anode. When the electron reaches a velocity greater than the specific velocity, the electron can re-emit the Bremsstrahlung, causing the electron to slow down. Thus, the higher potential of the second anode causes the electrons in the second portion to move at a velocity that varies by the specific velocity and is therefore approximately constant.

Dabei wird vorzugsweise eine zweite Beschleunigungsspannung zwischen der ersten und der zweiten Anode derart eingestellt, dass ein Elektron zwischen einem ersten Abstrahlen einer Bremsstrahlung mit der spezifischen Wellenlänge und einem zweiten Abstrahlen der Bremsstrahlung mit ebenfalls der spezifischen Wellenlänge gerade so stark in Richtung der zweiten Anode beschleunigt wird, dass eine durch die Beschleunigung aufgenommene Energie nahezu gleich groß ist wie die Energie bei dem ersten bzw. zweiten Abstrahlen der Bremsstrahlung. In this case, a second acceleration voltage is preferably set between the first and the second anode in such a way that an electron is accelerated just as strongly in the direction of the second anode between a first emission of a bremsstrahlung with the specific wavelength and a second emission of the bremsstrahlung with the specific wavelength in that an energy absorbed by the acceleration is almost the same as the energy in the first or second emission of the Bremsstrahlung.

Praktischerweise wird die zweite Beschleunigungsspannung derart eingestellt, dass etwaig auftretende Verluste, beispielsweise durch einen nicht präzise hergestellten Nanodraht, kompensiert werden können. Conveniently, the second acceleration voltage is adjusted so that any losses occurring, for example by a not precisely manufactured nanowire, can be compensated.

Erfindungswesentlich ist, dass die Elektronen bei dem vorgeschlagenen Fahrerassistenzsystem in dem Nanodraht geführt werden. Der Nanodraht hat eine Dicke in einer Größenordnung von etwa ein bis einhundert Nanometer. Aufgrund dieser Dicke können sich im Vergleich zu einem normalen Draht nur sehr wenige Elektronen in einem Querschnitt des Nanodrahtes, unter besonderen Umständen nur ein Elektron, aufhalten. Dies kann bewirken, dass sich die Elektronen in dem Nanodraht senkrecht zu einem Querschnitt des Nanodrahtes wie freie Elektronen bewegen können. Essential to the invention is that the electrons are guided in the nanowire in the proposed driver assistance system. The nanowire has a thickness of the order of one to one hundred nanometers. Because of this thickness, compared to a normal wire, very few electrons can be present in a cross-section of the nanowire, in certain circumstances only one electron. This can cause the electrons in the nanowire to move perpendicular to a cross section of the nanowire like free electrons.

Dadurch ist es möglich, dass die Elektronen in dem ersten Abschnitt in einer Richtung von der Kathode hin zur ersten Anode wie freie Elektronen beschleunigt werden können. Des Weiteren ist es dadurch nicht notwendig, dass ein direkter Kontakt zwischen dem Nanodraht und der ersten Anode für eine Beschleunigung der Elektronen in Richtung der ersten Anode besteht. Aus diesem Grund können die in dem ersten Abschnitt beschleunigten Elektronen ungehindert in den zweiten Abschnitt gelangen. Die aus dem ersten Abschnitt kommenden Elektronen treffen bevorzugt nicht auf die erste Anode. Dies kann vorzugsweise dadurch erreicht werden, dass der Nanodraht durch ein Loch der ersten Anode geführt wird. Thereby, it is possible that the electrons in the first portion can be accelerated in a direction from the cathode toward the first anode like free electrons. Furthermore, it is not necessary for direct contact between the nanowire and the first anode to accelerate the electrons toward the first anode. For this reason, the electrons accelerated in the first section can freely pass into the second section. The electrons coming from the first section preferably do not hit the first anode. This can preferably be achieved by guiding the nanowire through a hole of the first anode.

Aufgrund des geringen Querschnitts des Nanodrahtes ist eine Wahrscheinlichkeit, dass Elektronen in dem Nanodraht aneinanderstoßen geringer als in einem normalen Draht. Dies kann einen Verlust bei einem Transport der Elektronen in dem Nanodraht reduzieren und ermöglichen, dass die Elektronen in dem Nanodraht auf sehr hohe, insbesondere relativistische, Geschwindigkeiten beschleunigt werden können. Due to the small cross-section of the nanowire, there is less chance of electrons abutting each other in the nanowire than in a normal wire. This can reduce loss in transport of the electrons in the nanowire and allow the electrons in the nanowire to be accelerated to very high, especially relativistic, speeds.

Die oben genannten Eigenschaften des Nanodrahtes ermöglichen es, die Elektronen, die von der Elektronenquelle emittiert werden, ausgehend von der Kathode, hin zur ersten Anode auf sehr hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen. Die beschleunigten Elektronen gelangen, ausgehend von dem ersten Abschnitt, in den zweiten Abschnitt des Nanodrahtes, in welchem sie sich auf Kreisbahnen mit konstantem Radius bewegen und die Bremsstrahlung abgeben. Je höher die Geschwindigkeit der Elektronen in dem zweiten Abschnitt des Nanodrahtes ist, je stärker ist die von den Elektronen abgegebene Bremsstrahlung. The above-mentioned properties of the nanowire make it possible to accelerate the electrons emitted by the electron source from the cathode to the first anode at very high speeds. The accelerated electrons, starting from the first section, enter the second section of the nanowire, in which they travel on circular paths of constant radius and emit the Bremsstrahlung. The higher the velocity of the electrons in the second section of the nanowire, the stronger the bremsstrahlung emitted by the electrons.

In vorteilhafter Weise werden die Elektronen in dem ersten Abschnitt auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigt, wodurch eine höchstmögliche Bremsstrahlung in dem zweiten Abschnitt generiert werden kann. Hierzu ist der Elektronenbeschleuniger vorteilhaft derart ausgebildet, dass mit dem Elektronenbeschleuniger Elektronen bis auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigt werden können. Advantageously, the electrons in the first section are accelerated to relativistic speeds, whereby a maximum possible Bremsstrahlung can be generated in the second section. For this purpose, the electron accelerator is advantageously designed such that with the electron accelerator electrons can be accelerated to relativistic speeds.

Erfindungsgemäß ist der zweite Abschnitt von dem ersten elektrisch leitenden Gehäuse umgeben. An dem ersten Gehäuse wird die von den Elektronen erzeugte Bremsstrahlung reflektiert. Eine Reflexion der Bremsstrahlung an einer Innenwand des ersten Gehäuses verstärkt eine Entstehung eines elektromagnetischen Feldes innerhalb des ersten Gehäuses. According to the invention, the second section is surrounded by the first electrically conductive housing. At the first housing, the Bremsstrahlung generated by the electrons is reflected. A Reflection of the Bremsstrahlung on an inner wall of the first housing enhances the formation of an electromagnetic field within the first housing.

Die sich in dem zweiten Abschnitt bewegenden Elektronen können von diesem elektrischen Feld Energie aufnehmen, insbesondere wenn sich die Elektronen mit einer geringeren Geschwindigkeit als mit der spezifischen Geschwindigkeit bewegen. Umgekehrt können die sich in dem zweiten Abschnitt bewegenden Elektronen Energie an das elektromagnetische Feld abgeben, wenn sich die Elektronen mit einer höheren Geschwindigkeit als mit der spezifischen Geschwindigkeit in dem zweiten Abschnitt bewegen. Damit kann mit dem ersten Gehäuse ein Resonanzeffekt zwischen den sich in dem zweiten Abschnitt bewegenden Elektronen und dem elektromagnetischen Feld erzeugt werden. The electrons moving in the second section are able to absorb energy from this electric field, especially when the electrons are moving at a lower velocity than the specific velocity. Conversely, the electrons moving in the second section can deliver energy to the electromagnetic field as the electrons move at a higher velocity than the specific velocity in the second section. Thus, a resonance effect between the electrons moving in the second section and the electromagnetic field can be generated with the first housing.

Die Abgabe der Bremsstrahlung mit der spezifischen Wellenlänge und der mit dem ersten Gehäuse bei der spezifischen Geschwindigkeit der Elektronen erzeugte Resonanzeffekt ermöglichen es, sehr präzise mit dem Sender eine monochromatische elektromagnetische Strahlung mit der spezifischen Wellenlänge zu erzeugen. Des Weiteren strahlen die Elektronen die Bremsstrahlung tangential zu ihrer Bewegungsrichtung ab, wodurch eine sehr präzise Ausrichtung der elektromagnetischen Strahlung erreicht werden kann. Diese beiden Effekte ermöglichen es, mit Hilfe des vorgeschlagenen Fahrerassistenzsystems eine sehr präzise monochromatische elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Dadurch kann mit dem vorgeschlagenen Fahrerassistenzsystem ein präziseres Erfassen der Umgebung des Fahrzeugs im Vergleich zu bekannten Fahrerassistenzsystemen mit einem Radarsystem möglich sein. Gegenüber einem herkömmlichen LIDAR-System hat das vorgeschlagene Fahrerassistenzsystem den Vorteil, dass seine Leistungsfähigkeit nicht durch Nebel beeinträchtigt werden kann. Hierzu wird die spezifische Wellenlänge bevorzugt derart gewählt, dass sie außerhalb eines Wellenlängenbereiches des sichtbaren Lichts liegt. The emission of the bremsstrahlung with the specific wavelength and the resonant effect generated with the first housing at the specific velocity of the electrons make it possible to generate very precisely with the transmitter a monochromatic electromagnetic radiation of the specific wavelength. Furthermore, the electrons radiate the Bremsstrahlung tangentially to their direction of movement, whereby a very precise alignment of the electromagnetic radiation can be achieved. These two effects make it possible to produce very precise monochromatic electromagnetic radiation with the aid of the proposed driver assistance system. As a result, a more precise detection of the surroundings of the vehicle compared to known driver assistance systems with a radar system may be possible with the proposed driver assistance system. Compared to a conventional LIDAR system, the proposed driver assistance system has the advantage that its performance can not be affected by fog. For this purpose, the specific wavelength is preferably selected such that it lies outside a wavelength range of the visible light.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das erste Gehäuse an eine zu erzeugende Frequenz der monochromatischen elektromagnetischen Strahlung angepasst ist. Die zu erzeugende Frequenz ist im Folgenden gleichbedeutend mit der spezifischen Frequenz. In vorteilhafter Weise ist bei dieser Ausgestaltung eine erste Abmessung, die senkrecht zur Mittellinie verläuft, an die zu erzeugende Frequenz angepasst. Angepasst meint insbesondere, dass ein Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Innenwänden des ersten Gehäuses gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Hälfte der spezifischen Wellenlänge ist. Auf diese Weise kann der oben genannte Resonanzeffekt bei der zu erzeugenden, d.h. der spezifischen, Frequenz deutlich verstärkt werden. Insbesondere wird kein Resonanzeffekt bei Frequenzen erzeugt, die von der spezifischen Frequenz abweichen, wodurch diese Frequenzen bevorzugt unterdrückt werden. Das erste Gehäuse wirkt bei dieser Ausgestaltung wie ein Resonator, wenn das Gehäuse mit der spezifischen Frequenz angeregt wird. An advantageous development provides that the first housing is adapted to a frequency of the monochromatic electromagnetic radiation to be generated. The frequency to be generated in the following is synonymous with the specific frequency. Advantageously, in this embodiment, a first dimension, which is perpendicular to the center line, adapted to the frequency to be generated. Adapted means in particular that a distance between two opposite inner walls of the first housing is equal to an integer multiple of half the specific wavelength. In this way, the above-mentioned resonance effect can be produced at the, i. the specific, frequency will be significantly increased. In particular, no resonance effect is generated at frequencies that deviate from the specific frequency, whereby these frequencies are preferably suppressed. The first housing acts like a resonator in this embodiment, when the housing is excited at the specific frequency.

Insbesondere ist eine erste Beschleunigungsspannung zwischen der Kathode und der ersten Anode derart eingestellt, dass die Elektronen in dem zweiten Abschnitt eine Geschwindigkeit haben, bei welcher die Elektronen die Bremsstrahlung mit der spezifischen Frequenz abstrahlen. Die zu erzeugende Frequenz liegt vorzugsweise in einem Frequenzbereich der Mikrowellen. In gleicher Weise wie das erste Gehäuse an die zu erzeugende Frequenz angepasst werden kann, ist es genauso möglich, dass die erste Beschleunigungsspannung derart eingestellt wird, dass die Elektronen in dem zweiten Abschnitt die spezifische Geschwindigkeit erreichen und die spezifische Geschwindigkeit an den Abstand zwischen den gegenüberliegenden Innenwänden des ersten Gehäuses angepasst ist, sodass das erste Gehäuse wie ein Resonator bei der spezifischen Frequenz wirkt. In diesem Fall ist jedoch die spezifische Frequenz nicht frei wählbar. In particular, a first accelerating voltage between the cathode and the first anode is set such that the electrons in the second portion have a velocity at which the electrons radiate the braking radiation at the specific frequency. The frequency to be generated is preferably in a frequency range of the microwaves. In the same way as the first housing can be adapted to the frequency to be generated, it is equally possible for the first acceleration voltage to be adjusted such that the electrons in the second section reach the specific speed and the specific speed at the distance between the opposite ones Inner walls of the first housing is adapted so that the first housing acts as a resonator at the specific frequency. In this case, however, the specific frequency is not arbitrary.

Die erste Abmessung verläuft insbesondere deswegen senkrecht zur Mittellinie, weil die Elektronen die Bremsstrahlung tangential zu ihrer Bewegungsrichtung abstrahlen. The first dimension is therefore perpendicular to the center line, in particular, because the electrons radiate the braking radiation tangentially to their direction of movement.

Der durch das erste Gehäuse bereitgestellte Resonanzeffekt kann in vorteilhafter Weise die durch die im zweiten Abschnitt befindlichen Elektronen erzeugte monochromatische elektromagnetische Strahlung stabilisieren. The resonant effect provided by the first housing can advantageously stabilize the monochromatic electromagnetic radiation generated by the electrons in the second section.

Dadurch, dass das erste Gehäuse an die zu erzeugende Frequenz angepasst ist, kann innerhalb des ersten Gehäuses ein elektromagnetisches Feld erzeugt werden, welches im Wesentlichen nur elektromagnetische Wellen mit der spezifischen Wellenlänge aufweist. Dies begünstigt die Aufnahme und Abgabe der spezifischen Energie von dem beziehungsweise an das elektromagnetischen Feld durch die Elektronen, die sich in dem zweiten Abschnitt des Nanodrahtes befinden. The fact that the first housing is adapted to the frequency to be generated, an electromagnetic field can be generated within the first housing, which has substantially only electromagnetic waves with the specific wavelength. This promotes the uptake and release of the specific energy from or to the electromagnetic field by the electrons located in the second portion of the nanowire.

Insbesondere kann ein Elektron, welches eine geringere kinetische Energie als ein Elektron mit einer spezifischen Geschwindigkeit hat, die spezifische Energie leicht von dem elektromagnetischen Feld aufnehmen. Umgekehrt kann ein Elektron, welches eine höhere kinetische Energie als ein Elektron mit einer spezifischen Geschwindigkeit hat, die spezifische Energie leicht an das elektromagnetische Feld abgeben. Besonders vorteilhaft kann die spezifische Energie von einem sich in dem Nanodraht bewegenden Elektron an ein sich in dem Nanodraht langsamer bewegendes Elektronen abgegeben werden. In particular, an electron having a lower kinetic energy than an electron at a specific velocity can easily absorb the specific energy from the electromagnetic field. Conversely, an electron that has a higher kinetic energy than an electron with a specific velocity can easily deliver the specific energy to the electromagnetic field. Particularly advantageous, the specific Energy from an electron moving in the nanowire to a slower moving electrons in the nanowire.

Besonders vorteilhaft ist ein Zeitpunkt einer Abgabe und/oder einer Aufnahme der spezifischen Energie durch die Elektronen an einen zeitlichen Verlauf des elektromagnetischen Feldes in dem ersten Gehäuse gekoppelt. Hierdurch kann bewirkt werden, dass die Elektronen die monochromatische elektromagnetische Strahlung phasengleich abstrahlen, wie es bei einer stimulierten Emission bei einem Maser der Fall ist. Durch Verwendung des an die zu erzeugende Frequenz angepassten ersten Gehäuses kann somit nicht nur eine monochromatische, sondern auch eine kohärente elektromagnetische Strahlung erzeugt werden. Eine Verwendung einer derart erzeugten kohärenten monochromatischen elektromagnetischen Strahlung ermöglicht eine noch präzisere Bestimmung von Entfernungen von Objekten im Umfeld des Fahrzeugs. Particularly advantageously, a time of delivery and / or absorption of the specific energy by the electrons is coupled to a time profile of the electromagnetic field in the first housing. This can cause the electrons to radiate the monochromatic electromagnetic radiation in phase, as is the case with a stimulated emission in a maser. By using the first housing adapted to the frequency to be generated, not only monochromatic, but also coherent electromagnetic radiation can thus be generated. Use of coherent monochromatic electromagnetic radiation generated in this way enables even more precise determination of distances of objects in the surroundings of the vehicle.

Mit dem vorgeschlagenen Fahrerassistenzsystem kann eine kohärente monochromatische elektromagnetische Strahlung deutlich einfacher als beispielsweise in einem Gyrotron hergestellt werden. Es wird hierbei kein Magnetfeld benötigt, wie es bei einem Gyrotron erforderlich ist und beispielsweise Größenordnungen von 8 bis 9 Tesla aufweist. Somit kann das vorgeschlagene Fahrerassistenzsystem deutlich kleiner als ein Gyrotron ausgeführt sein. With the proposed driver assistance system, coherent monochromatic electromagnetic radiation can be produced much more simply than, for example, in a gyrotron. In this case, no magnetic field is required, as is required with a gyrotron and has, for example, orders of magnitude of 8 to 9 Tesla. Thus, the proposed driver assistance system can be made significantly smaller than a gyrotron.

Im Vergleich zu einem üblichen Maser wird kein aktives Medium benötigt. Aus diesem Grund kann ein Aufbau des vorgeschlagenen Fahrerassistenzsystems einfacher als bei einem Maser nach dem Stand der Technik ausgeführt sein, weil man auf einen Einsatz von Gasen oder organischen Halbleitern verzichten kann. Des Weiteren ist eine Verwendung von seltenen Erden oder Edelsteinen oder komplizierten Reflektoren nicht nötig. Dadurch wird mit dem vorgeschlagenen Fahrerassistenzsystem eine Möglichkeit geschaffen, monochromatische, insbesondere kohärente, elektromagnetische Strahlung vergleichsweise einfach und kostengünstig bereitzustellen. Des Weiteren kann der oben beschriebene Sender mit dem Nanodraht mit Hilfe von bekannten Halbleiterfertigungsprozessen, die sehr geringe Prozessschwankungen haben, hergestellt werden. Dies ermöglicht beispielsweise, das erste Gehäuse sehr präzise an die zu erzeugende Frequenz anzupassen. Compared to a conventional maser no active medium is needed. For this reason, a structure of the proposed driver assistance system can be made simpler than in a prior art bur, because one can dispense with the use of gases or organic semiconductors. Furthermore, it is not necessary to use rare earths or precious stones or complicated reflectors. As a result, with the proposed driver assistance system it is possible to provide monochromatic, in particular coherent, electromagnetic radiation in a comparatively simple and cost-effective manner. Furthermore, the transmitter described above can be fabricated with the nanowire using known semiconductor manufacturing processes that have very low process variations. This makes it possible, for example, to adapt the first housing very precisely to the frequency to be generated.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Gehäuse an eine weitere zu erzeugende Frequenz der monochromatischen elektromagnetischen Strahlung anpassbar. Bei dieser Ausgestaltung lässt sich vorteilhaft eine der Innenwände des ersten Gehäuses derart bewegen, dass die erste Abmessung an die weitere zu erzeugende Frequenz anpassbar ist. In a particularly advantageous embodiment, the first housing can be adapted to a further frequency to be generated of the monochromatic electromagnetic radiation. In this embodiment, one of the inner walls of the first housing can advantageously be moved such that the first dimension can be adapted to the further frequency to be generated.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass in dem ersten Gehäuse ein Isolator angeordnet ist. Der Isolator ist bevorzugt als ein Dielektrikum ausgeführt und weist bevorzugt ein Material, wie zum Beispiel Siliziumdioxid, auf, bei welchem sich keine Elektronen in einem Leitungsband des Materials befinden. Vorteilhaft umgibt und stützt der Isolator den Nanodraht. In einer weiteren besonderen Ausgestaltung kann der Isolator als ein Vakuum ausgebildet sein. An advantageous embodiment provides that in the first housing, an insulator is arranged. The insulator is preferably implemented as a dielectric and preferably comprises a material, such as silicon dioxide, in which there are no electrons in a conduction band of the material. Advantageously, the insulator surrounds and supports the nanowire. In a further particular embodiment, the insulator may be formed as a vacuum.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung verläuft der Nanodraht in dem ersten Abschnitt spiralförmig. Dies kann eine Beschleunigung der Elektronen vor allem in dem Bereich der Kathode vereinfachen. Des Weiteren kann hierdurch Material des Nanodrahtes eingespart werden, da eine Endgeschwindigkeit, die die Elektronen in der Nähe der ersten Anode erreichen, im Wesentlichen von der ersten Beschleunigungsspannung, welche zwischen der Kathode und der ersten Anode anliegt, abhängt. Verläuft der Nanodraht im ersten Abschnitt spiralförmig, wobei in einem Bereich der Kathode ein Abstand zur Mittellinie geringer als in einem Bereich in der Nähe der ersten Anode ist, verringert sich eine Gesamtlänge des Nanodrahtes im ersten Abschnitt. In a particularly advantageous embodiment, the nanowire runs spirally in the first section. This can facilitate acceleration of the electrons, especially in the region of the cathode. Furthermore, as a result, material of the nanowire can be saved since an ultimate velocity which the electrons reach in the vicinity of the first anode essentially depends on the first acceleration voltage which is present between the cathode and the first anode. If the nanowire in the first section runs in a spiral shape, with a distance to the center line being less in a region of the cathode than in a region in the vicinity of the first anode, a total length of the nanowire in the first section is reduced.

Eine Weiterbildung kann vorsehen, dass der erste Abschnitt von einem eine elektromagnetische Strahlung isolierenden zweiten Gehäuse umgeben ist. Das zweite Gehäuse kann eine elektromagnetische Strahlung, die nicht monochromatisch ist, abschirmen, so dass der Sender lediglich die im zweiten Abschnitt erzeugte monochromatische Strahlung abstrahlt. Besonders vorteilhaft schirmt das zweite Gehäuse im Wesentlichen sämtliche Strahlung ab, die von dem ersten Abschnitt des Nanodrahtes ausgesandt wird. A further development can provide that the first section is surrounded by a second housing insulating an electromagnetic radiation. The second housing can shield electromagnetic radiation that is not monochromatic so that the transmitter merely emits the monochromatic radiation generated in the second section. Particularly advantageously, the second housing substantially shields all radiation emitted by the first section of the nanowire.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird des Weiteren ein Verfahren zur Erzeugung einer monochromatischen elektromagnetischen Strahlung mit einem Fahrerassistenzsystem nach einer der oben genannten Ausgestaltungen vorgeschlagen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf. In einem ersten Schritt werden Elektronen aus der Elektronenquelle in den ersten Abschnitt des Nanodrahtes emittiert. In einem zweiten Schritt werden die Elektronen in dem ersten Abschnitt des Nanodrahtes mit Hilfe eines elektrischen Feldes zwischen der Kathode und der ersten Anode beschleunigt. In einem dritten Schritt werden die Elektronen in dem zweiten Abschnitt des Nanodrahtes zwischen der ersten Anode und der zweiten Anode bei annähernd konstanter Geschwindigkeit geführt. In einem vierten Schritt wird die monochromatische elektromagnetische Strahlung emittiert. Während diese Strahlung emittiert wird, liegt eine Spannung zwischen der ersten und der zweiten Anode an, die einen Energieverlust der Elektronen beim Emittieren der elektromagnetischen monochromatischen Strahlung ausgleicht. In order to achieve the abovementioned object, a method for generating monochromatic electromagnetic radiation with a driver assistance system according to one of the abovementioned embodiments is also proposed. The method comprises the following steps. In a first step, electrons are emitted from the electron source into the first section of the nanowire. In a second step, the electrons in the first section of the nanowire are accelerated by means of an electric field between the cathode and the first anode. In a third step, the electrons in the second section of the nanowire are guided between the first anode and the second anode at approximately constant speed. In a fourth step, the monochromatic electromagnetic radiation is emitted. As this radiation is emitted, there is a voltage between the first and second anode that causes energy loss of the electrons when emitting the first and second anode compensates for electromagnetic monochromatic radiation.

In einer besonderen Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass die erste Beschleunigungsspannung zwischen der Kathode und der ersten Anode in Abhängigkeit der zu erzeugenden Frequenz der elektromagnetischen monochromatischen Strahlung eingestellt wird. Bei dieser Variante des Verfahrens ist es möglich, dass bei einer Entwicklung des Senders der Abstand des Nanodrahtes zur Mittellinie unabhängig von der zu erzeugenden Frequenz der Strahlung ausgelegt wird, was eine Entwicklung und Fertigung des Senders für unterschiedliche zu erzeugende Frequenzen erleichtern kann. In vorteilhafterweise beträgt der Abstand zwischen den zwei gegenüberliegenden Innenwänden des ersten Gehäuses einem ganzzahligen Vielfachen der Hälfte einer zur erzeugenden Frequenz korrespondierenden Wellenlänge, d.h. der spezifischen Wellenlänge. Die erste Beschleunigungsspannung kann nach einer ersten Ausführungsform auf einen ersten Wert eingestellt werden, beispielsweise auf 0,2 Volt, so dass eine Grundschwingung des ersten Gehäuses angeregt wird. In diesem Fall beträgt der Abstand gleich der Hälfte der spezifischen Wellenlänge. Weitere Varianten können vorsehen, dass die erste Beschleunigungsspannung jeweils ein Vielfaches des ersten Wertes annimmt, beispielsweise 0,4, 0,6, ... 3,8, 4,0 Volt, wobei entsprechende Oberschwingungen des ersten Gehäuses angeregt werden. Ist die erste Beschleunigungsspannung in einem Bereich von 0,2 Volt bis 4,0 Volt einstellbar können auf diese Art bis zu zwanzig verschiede spezifische Frequenzen eingestellt werden. In a particular variant of the method, it is provided that the first acceleration voltage between the cathode and the first anode is set as a function of the frequency of the electromagnetic monochromatic radiation to be generated. In this variant of the method, it is possible that in a development of the transmitter, the distance of the nanowire to the center line is designed independently of the frequency of the radiation to be generated, which can facilitate development and manufacture of the transmitter for different frequencies to be generated. Advantageously, the distance between the two opposite inner walls of the first housing is an integer multiple of half of a wavelength corresponding to the generating frequency, i. the specific wavelength. According to a first embodiment, the first acceleration voltage can be set to a first value, for example 0.2 volts, so that a fundamental oscillation of the first housing is excited. In this case, the distance is equal to half the specific wavelength. Other variants can provide that the first acceleration voltage in each case assumes a multiple of the first value, for example 0.4, 0.6,... 3.8, 4.0 volts, with corresponding harmonics of the first housing being excited. If the first acceleration voltage is adjustable in a range from 0.2 volts to 4.0 volts, up to twenty different specific frequencies can be set in this way.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der Abstand zwischen den zwei gegenüberliegenden Innenwänden des ersten Gehäuses in Abhängigkeit der zu erzeugenden Frequenz der elektromagnetischen monochromatischen Strahlung eingestellt wird. Besonders vorteilhaft weist der Sender eine Regelung mit der ersten Beschleunigungsspannung und dem Abstand als Steuergrößen und mit der zu erzeugenden Frequenz als Stellgröße auf. Die einstellbare erste Beschleunigungsspannung in Kombination mit dem einstellbaren Abstand kann unter Umständen eine Erzeugung verschiedener spezifischer Frequenzen der Strahlung erst ermöglichen. A further embodiment of the method provides that the distance between the two opposite inner walls of the first housing is set as a function of the frequency of the electromagnetic monochromatic radiation to be generated. Particularly advantageously, the transmitter has a control with the first acceleration voltage and the distance as control variables and with the frequency to be generated as a manipulated variable. The adjustable first acceleration voltage in combination with the adjustable distance may allow a generation of different specific frequencies of the radiation in the first place.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zumindest eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Figuren. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of at least one preferred embodiment and with reference to the figures.

Diese zeigen in: These show in:

1 eine schematische Abbildung eines Fahrerassistenzsystems für ein Fahrzeug zum Bestimmen von Entfernungen von Objekten in einer Umgebung des Fahrzeugs, 1 1 is a schematic illustration of a driver assistance system for a vehicle for determining distances of objects in an environment of the vehicle;

2 eine Schnittansicht eines Senders des Fahrerassistenzsystems nach 1, 2 a sectional view of a transmitter of the driver assistance system according to 1 .

3 eine schematische Abbildung eines Nanodrahtes des Senders nach 2. 3 a schematic illustration of a nanowire of the transmitter according to 2 ,

1 zeigt ein Fahrerassistenzsystem 1 für ein Fahrzeug 2 zum Bestimmen von Entfernungen von Objekten 3 in einer Umgebung des Fahrzeugs 2. Das Fahrerassistenzsystem 1 weist einen Sender 4, einen Empfänger 5 und eine nicht dargestellte Auswertungseinheit auf. Die von dem Sender 4 ausgesandte elektromagnetische Strahlung wird an den Objekten 3 reflektiert und kann mit dem Empfänger 5 empfangen werden. Mithilfe der Auswertungseinheit kann insbesondere eine Laufzeit zumindest eines mit dem Sender 4 gesendeten und mit dem Empfänger 5 empfangenen Signals erfasst werden. Über die Laufzeit errechnet die Auswertungseinheit die Entfernung zumindest eines der Objekte 3 zu dem Fahrzeug 2. Die von dem erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystem 1 ausgesandte monochromatische elektromagnetische Strahlung ermöglicht ein besonders präzises Lokalisieren, d.h. Bestimmen der Entfernung, der Objekte 3. Des Weiteren kann mithilfe der Auswertungseinheit eine relative Geschwindigkeit zumindest eines der Objekte 3 zu dem Fahrzeug 2 berechnet werden. Die relative Geschwindigkeit ist bevorzugt in einer Ebene parallel zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 2 ausgerichtet. 1 shows a driver assistance system 1 for a vehicle 2 for determining distances of objects 3 in an environment of the vehicle 2 , The driver assistance system 1 has a transmitter 4 , a receiver 5 and an evaluation unit, not shown on. The one from the transmitter 4 emitted electromagnetic radiation is emitted to the objects 3 reflects and can with the receiver 5 be received. With the aid of the evaluation unit, it is possible in particular for a transit time to be at least one with the sender 4 sent and with the receiver 5 received signal are detected. Over the running time, the evaluation unit calculates the distance of at least one of the objects 3 to the vehicle 2 , The of the driver assistance system according to the invention 1 emitted monochromatic electromagnetic radiation allows a particularly precise localization, ie determining the distance, the objects 3 , Furthermore, using the evaluation unit, a relative speed of at least one of the objects 3 to the vehicle 2 be calculated. The relative speed is preferably in a plane parallel to a direction of travel of the vehicle 2 aligned.

2 zeigt eine Schnittansicht des Senders 4. Der Sender 4 hat eine Elektronenquelle 11, einen Elektronenbeschleuniger 12 mit einer Kathode 13 und einer ersten Anode 14, einen Nanodraht 15 und eine zweite Anode 16. 2 shows a sectional view of the transmitter 4 , The transmitter 4 has an electron source 11 , an electron accelerator 12 with a cathode 13 and a first anode 14 , a nanowire 15 and a second anode 16 ,

3 zeigt den Nanodraht 15, der in einen ersten Abschnitt 17 und einen zweiten Abschnitt 18 unterteilt ist. 3 shows the nanowire 15 in a first section 17 and a second section 18 is divided.

Wie in 2 gezeigt, ist der erste Abschnitt 17 des Nanodrahtes 15 zur Beschleunigung von aus der Kathode 13 austretenden und in den ersten Abschnitt 17 eintretenden Elektronen zwischen der Kathode 13 und der ersten Anode 14 angeordnet. Zur Beschleunigung der Elektronen weist die erste Anode 14 ein größeres elektrisches Potenzial als die Kathode 13 auf. Der zweite Abschnitt 18 des Nanodrahtes 15 ist zwischen der ersten Anode 14 und der zweiten Anode 16 angeordnet. Der zweite Abschnitt 18 des Nanodrahtes 15 ist derart um eine gerade Mittellinie 19 gewunden, dass ein Abstand 20 vom Nanodraht 15 zu der Mittellinie 19 konstant ist. Der zweite Abschnitt 18 des Nanodrahtes 15 eignet sich vorteilhaft, die in dem Nanodraht 15 befindlichen Elektronen schraubenartig um die Mittellinie 19 zu führen. As in 2 shown is the first section 17 of the nanowire 15 to accelerate out of the cathode 13 leaving and in the first section 17 entering electrons between the cathode 13 and the first anode 14 arranged. To accelerate the electrons, the first anode 14 a larger electrical potential than the cathode 13 on. The second section 18 of the nanowire 15 is between the first anode 14 and the second anode 16 arranged. The second section 18 of the nanowire 15 is such a straight centerline 19 wound that a distance 20 from the nanowire 15 to the midline 19 is constant. The second section 18 of the nanowire 15 is advantageous, in the nanowire 15 located electrons helically around the center line 19 respectively.

In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der zweite Abschnitt 18 des Nanodrahtes 15 von einem ersten elektrisch leitenden Gehäuse 21 umgeben. Abweichend von der in 2 gezeigten Ausführungsform kann der Nanodraht 15 einen Abstand zu einer parallel zur Mittellinie 19 verlaufenden Innenwand des ersten Gehäuses aufweisen. Dies kann eine Fertigung des Senders vereinfachen. In the in 2 embodiment shown is the second section 18 of the nanowire 15 from a first electrically conductive housing 21 surround. Notwithstanding the in 2 the embodiment shown, the nanowire 15 a distance to a parallel to the center line 19 having extending inner wall of the first housing. This can simplify a production of the transmitter.

Ausgehend von der Kathode 13, welche bevorzugt zweifach negativ dotiert ist, werden die von der Kathode emittierten Elektronen in den ersten Abschnitt 17 des Nanodrahtes 15 eingekoppelt. Innerhalb des Elektronenbeschleunigers 12 ist der Nanodraht 15 vorzugsweise spiralförmig ausgebildet, so dass die durch den ersten Abschnitt 17 durchlaufenden Elektronen sich entlang einer kegelschraubenartigen Bahn bewegen. Durch eine angelegte erste Beschleunigungsspannung U₁ zwischen der Kathode 13 und der ersten Anode 14 werden die Elektronen innerhalb des ersten Abschnittes 17, bevorzugt auf relativistische Geschwindigkeiten, beschleunigt. Starting from the cathode 13 which is preferably negatively doped twice, the electrons emitted from the cathode become the first portion 17 of the nanowire 15 coupled. Inside the electron accelerator 12 is the nanowire 15 preferably formed spirally, so that through the first section 17 passing electrons move along a conical screw-like path. By an applied first acceleration voltage U ₁ between the cathode 13 and the first anode 14 become the electrons within the first section 17 , preferably at relativistic speeds, accelerates.

Die erste Anode 14 weist vorzugsweise ein Loch auf, durch welches der Nanodraht 15 verläuft. So können die in dem ersten Abschnitt 17 beschleunigten Elektronen ungehindert von dem ersten Abschnitt 17 in den zweiten Abschnitt 18 des Nanodrahtes 15 gelangen. The first anode 14 preferably has a hole through which the nanowire 15 runs. So in the first section 17 accelerated electrons unhindered from the first section 17 in the second section 18 of the nanowire 15 reach.

Die Geschwindigkeit, mit welcher die Elektronen aus dem ersten Abschnitt 17 austreten, wird dabei durch eine Ladungsträgerbeweglichkeit im Nanodraht 15 und durch die erste Beschleunigungsspannung U₁ bestimmt. Bevorzugt weist der Nanodraht eine Dicke in einer Größenordnung von etwa 1 bis einhundert Nanometer auf. Die Dicke in dieser Größenordnung begrenzt eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Elektrons in einem Querschnitt des Nanodrahtes derart, dass ein Elektron sich aus quantenmechanischer Sicht im Wesentlichen nur eindimensional, nämlich senkrecht zu dem Querschnitt, bewegen kann. Deshalb ist eine Wahrscheinlichkeit, dass sich zwei Elektronen in einem selben Querschnitt des Nanodrahtes aufhalten, sehr gering, wodurch eine sehr große Ladungsträgerbeweglichkeit im Nanodraht 15 bewirkt wird. Dies gilt sowohl für den ersten Abschnitt 17 als auch für den zweiten Abschnitt 18. The speed with which the electrons from the first section 17 emerge, is thereby by a charge carrier mobility in the nanowire 15 and determined by the first acceleration voltage U ₁ . Preferably, the nanowire has a thickness of the order of about 1 up to one hundred nanometers up. The thickness of this order of magnitude limits a residence probability of an electron in a cross-section of the nanowire in such a way that, from a quantum-mechanical point of view, an electron can move essentially one-dimensionally, namely perpendicular to the cross-section. Therefore, a probability that two electrons stay in the same cross-section of the nanowire is very small, which results in a very high charge carrier mobility in the nanowire 15 is effected. This applies to both the first section 17 as well as for the second section 18 ,

Zwischen der ersten Anode 14 und der zweiten Anode 16 verläuft der Nanodraht 15 schraubenartig um die Mittellinie 19. Zwischen der ersten Anode 14 und der zweiten Anode 16 liegt eine zweite Beschleunigungsspannung U₂ an, die Energieverluste der Elektronen im zweiten Abschnitt 18 des Nanodrahtes 15 ausgleichen kann. Dabei können die Energieverluste durch eine Abstrahlung einer Bremsstrahlung und/oder durch Stöße der Elektronen an Innenwänden des Nanodrahtes 15, beispielsweise aufgrund von Unreinheiten des Nanodrahtes 15, verursacht werden. Between the first anode 14 and the second anode 16 the nanowire runs 15 helical around the midline 19 , Between the first anode 14 and the second anode 16 is a second acceleration voltage U ₂ , the energy losses of the electrons in the second section 18 of the nanowire 15 can compensate. In this case, the energy losses by radiation of a Bremsstrahlung and / or by collisions of the electrons on inner walls of the nanowire 15 For example, due to impurities of the nanowire 15 , caused.

Dadurch, dass der Nanodraht 15 im zweiten Abschnitt 18 den konstanten Abstand 20 zur Mittellinie 19 aufweist, können die Elektronen im zweiten Abschnitt 18 eine Helixbahn beschreiben. Bei der Bewegung auf dieser Helixbahn geben die Elektronen elektromagnetische Strahlung, d. h. die Bremsstrahlung, mit einer konstanten zu erzeugenden Frequenz ab. Die zu erzeugende Frequenz wird insbesondere durch eine Kreisperiodendauer, d. h. die Zeit, die das Elektron braucht, um die Mittellinie 19 einmal komplett zu umrunden, bestimmt. Die Kreisperiodendauer ist abhängig von dem Abstand 20 und einer Geschwindigkeit der Elektronen in dem zweiten Abschnitt 18 des Nanodrahtes 15. Because of that, the nanowire 15 in the second section 18 the constant distance 20 to the middle line 19 can, the electrons in the second section 18 describe a helical path. When moving on this helical path, the electrons emit electromagnetic radiation, ie the bremsstrahlung, at a constant frequency to be generated. In particular, the frequency to be generated is represented by a cycle period, ie the time the electron needs, around the center line 19 completely circumnavigated, certainly. The cycle period is dependent on the distance 20 and a velocity of the electrons in the second portion 18 of the nanowire 15 ,

Je höher diese Geschwindigkeit ist, desto höher ist die Energie der abgegebenen Bremsstrahlung, d. h. desto höher ist die Frequenz der abgegebenen Strahlung. Das den Nanodraht 15 umgebende erste Gehäuse 21 bewirkt, dass die von den Elektronen abgegebenen elektromagnetischen Wellen an Innenwänden des ersten Gehäuses 21 reflektiert werden. Durch diese Reflexion bilden sich innerhalb des ersten Gehäuses 21 ein elektromagnetisches Feld und eine Wechselwirkung zwischen diesem Feld und den sich in dem zweiten Abschnitt 18 bewegenden Elektronen aus. The higher this speed, the higher the energy of the emitted Bremsstrahlung, ie the higher the frequency of the emitted radiation. That's the nanowire 15 surrounding first housing 21 causes the electromagnetic waves emitted by the electrons to inner walls of the first housing 21 be reflected. Through this reflection form within the first housing 21 an electromagnetic field and an interaction between this field and those in the second section 18 moving electrons out.

Aufgrund der Wechselwirkung kann vorteilhaft eine Zyklotronresonanz erzeugt werden. In vorteilhafter Weise ist das erste Gehäuse 21 an eine Resonanzfrequenz, d.h. die zu erzeugende Frequenz, bei der die Wechselwirkung am stärksten ist, angepasst. Die Resonanzfrequenz ist direkt von den geometrischen Abmessungen des ersten Gehäuses 21 abhängig. In vorteilhafter Weise ist eine erste Abmessung 22, welche senkrecht zur Mittellinie 19 verläuft, an die Resonanzfrequenz angepasst. Ebenso ist es auch möglich, dass eine zweite Abmessung 23, welche parallel zur Mittellinie 19 verläuft, an die Resonanzfrequenz angepasst ist. Due to the interaction, a cyclotron resonance can advantageously be generated. Advantageously, the first housing 21 to a resonant frequency, ie the frequency to be generated at which the interaction is strongest adjusted. The resonance frequency is directly related to the geometric dimensions of the first housing 21 dependent. Advantageously, a first dimension 22 , which are perpendicular to the midline 19 runs, adapted to the resonant frequency. It is also possible that a second dimension 23 , which are parallel to the midline 19 runs, is adapted to the resonance frequency.

Das erste Gehäuse 21 weist zur Auskopplung der elektromagnetischen Strahlung ein Fenster 24, bevorzugt in einem Bereich der zweiten Anode 16, auf. Die aus dem Fenster 24 ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung ist vorzugsweise monochromatisch und kohärent. Das Fenster 24 weist vorzugsweise ein nicht leitendes Material auf. In der in 2 dargestellten Ausführungsform erreichen die Elektronen am Ende des zweiten Abschnittes 18 des Nanodrahtes 15 die zweite Anode 16. The first case 21 has a window for coupling the electromagnetic radiation 24 , preferably in a region of the second anode 16 , on. The out of the window 24 decoupled electromagnetic radiation is preferably monochromatic and coherent. The window 24 preferably comprises a non-conductive material. In the in 2 In the embodiment shown, the electrons reach the end of the second section 18 of the nanowire 15 the second anode 16 ,

Der Sender 4, der vorteilhaft quaderförmig ausgebildet ist, kann in drei funktionale Einheiten 31, 32, 33 aufgeteilt sein. Die erste Einheit 31 dient zum Beschleunigen der Elektronen und weist hierzu insbesondere den Elektronenbeschleuniger 12 auf. Mithilfe der zweiten Einheit 32 kann die Bremsstrahlung erzeugt werden, die mittels der dritten Einheit 33 ausgekoppelt wird. In der dritten Einheit 33 erfolgt weiterhin eine Abführung der Elektronen. The transmitter 4 , which is advantageously cuboid, can be divided into three functional units 31 . 32 . 33 be split. The first unit 31 serves to accelerate the electrons and points to this in particular the electron accelerator 12 on. Using the second unit 32 the bremsstrahlung can be generated by means of the third unit 33 is decoupled. In the third unit 33 Furthermore, a discharge of the electrons.

In vorteilhafter Weise sind die erste und/oder die zweite Abmessung 22, 23 an die zu erzeugende Frequenz anpassbar. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass durch eine nicht in 2 dargestellte Vorrichtung zwei gegenüberliegende Innenwände 25, 26 zueinander verschiebbar sind. In gleicher Weise können zwei weitere gegenüberliegende Innenwände 27 und 28 zueinander verschiebbar angeordnet sein. Mithilfe einer geeigneten Wahl der ersten Abmessung 22 und/oder der zweiten Abmessung 23 und/oder mithilfe einer Variation der ersten Beschleunigungsspannung U₁ können verschiedene Frequenzen einer monochromatischen kohärenten elektromagnetischen Strahlung erzeugt werden. Hierbei kann durch die, bevorzugt quantisierten, Resonanzfrequenzen eine Empfindlichkeit gegen kleine Variationen der zweiten Beschleunigungsspannung U₂ ausgeschlossen werden. Advantageously, the first and / or the second dimension 22 . 23 adaptable to the frequency to be generated. This can be achieved, for example, by a not in 2 Device shown two opposite inner walls 25 . 26 are mutually displaceable. In the same way, two more opposite inner walls 27 and 28 be arranged displaceable relative to each other. Using a suitable choice of the first dimension 22 and / or the second dimension 23 and / or by means of a variation of the first acceleration voltage U ₁ , different frequencies of a monochromatic coherent electromagnetic radiation can be generated. In this case, a sensitivity to small variations of the second acceleration voltage U _{2 can be} excluded by the, preferably quantized, resonance frequencies.

Die zweite Anode 16 weist gegenüber der ersten Anode 14 ein größeres elektrisches Potenzial auf. Dieses größere elektrische Potenzial bewirkt, dass sich die Elektronen zur Emission der monochromatischen elektromagnetischen Strahlung innerhalb des zweiten Abschnittes 18 mit einer annähernd konstanten Geschwindigkeit bewegen. Dies ist dadurch begründet, dass die zweite Beschleunigungsspannung U₂ etwaige Verluste eines realen Nanodrahtes im Vergleich zu einem theoretisch perfekten Nanodraht und Energieverluste durch die Abstrahlung der Bremsstrahlung kompensieren kann. The second anode 16 points opposite the first anode 14 a greater electrical potential. This greater electrical potential causes the electrons to emit the monochromatic electromagnetic radiation within the second section 18 move at an approximately constant speed. This is due to the fact that the second acceleration voltage U ₂ can compensate for any losses of a real nanowire in comparison to a theoretically perfect nanowire and energy losses due to the emission of the Bremsstrahlung.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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

Claims

Driver assistance system ( 1 ) with a transmitter ( 4 ) and a receiver ( 5 ) for detecting an object ( 3 ) in an environment of a vehicle ( 2 ), whereby the transmitter ( 4 ) an electron source ( 11 ), a first electrically conductive housing ( 21 ), an electron accelerator ( 12 ) with a cathode ( 13 ) and a first anode ( 14 ), a nanowire ( 15 ) and a second anode ( 16 ) with one opposite the first anode ( 14 ) has a larger electrical potential, a first section ( 17 ) of the nanowire ( 15 ) for accelerating out of the cathode ( 13 ) and into the nanowire ( 15 ) entering between the cathode ( 13 ) and the first anode, the nanowire ( 15 ) a second section ( 18 ) for helically guiding the electrons, the second section ( 18 ) of the nanowire ( 15 ) between the first anode ( 14 ) and the second anode ( 16 ) and arranged around a straight center line ( 19 ) is wound that a distance from the nanowire ( 15 ) to the midline ( 19 ) is constant, the second section ( 18 ) from the first housing ( 21 ) and the second anode ( 16 ) with the greater electrical potential causes the electrons to emit a monochromatic electromagnetic radiation within the second section ( 18 ) with an approximately constant speed.

Driver assistance system according to claim 1, characterized in that the first housing ( 21 ) is adapted to a frequency of the monochromatic electromagnetic radiation to be generated.

Driver assistance system according to claim 1 or 2, characterized in that the first housing ( 21 ) is adaptable to a further frequency to be generated of the monochromatic electromagnetic radiation.

Driver assistance system according to claim 3, characterized in that the first housing ( 21 ) a first dimension ( 22 ), which is perpendicular to the center line ( 19 ) runs and is adjustable.

Driver assistance system according to one of the preceding claims, characterized in that the nanowire ( 15 ) in the first section ( 17 ) spirals.

Driver assistance system according to one of the preceding claims, characterized in that the electron accelerator ( 12 ) is suitable for accelerating the electrons up to a relativistic velocity of the electrons.

Method for generating monochromatic electromagnetic radiation with a driver assistance system ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, comprising the following steps: emitting electrons from the electron source into the first section ( 17 ) of the nanowire ( 15 ), - accelerating the electrons in the first section ( 17 ) of the nanowire ( 15 ) using an electric field between the cathode ( 13 ) and the first anode ( 14 ), - guiding the electrons in the second section ( 18 ) of the nanowire ( 15 ) between the first anode ( 14 ) and the second anode ( 16 ) at approximately constant speed, emitting the monochromatic electromagnetic radiation, wherein between the first anode ( 14 ) and the second anode ( 16 ) a voltage is applied, which compensates for an energy loss of the electrons when emitting the electromagnetic monochromatic radiation.

A method according to claim 7, characterized in that a first acceleration voltage between the cathode ( 13 ) and the first anode ( 14 ) is set in response to a frequency of the electromagnetic monochromatic radiation to be generated.

A method according to claim 7 or 8, characterized in that a distance between two opposite inner walls of the first housing in dependence of a frequency to be generated of the electromagnetic monochromatic radiation is adjusted.