BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft eine Erfassungsvorrichtung mit einer Bilderfassungsein richtung sowie einem Trägermedium. Außerdem betrifft die Erfindung ein Erfassungssystem mit einer derartigen Erfassungsvorrichtung sowie einem Gerät mit einem Bildschirm.

Ein Gerät mit einem Bildschirm, wie beispielsweise ein mobiles Endgerät, umfasst in der Regel eine fotographische und/oder videobasierte Erfas sungsvorrichtung, wie beispielsweise eine Kameravorrichtung, um ein Abbild einer Umgebung des Geräts erzeugen und beispielsweise auf dem Bild schirm des Geräts anzeigen zu können. Um die Erfassungsvorrichtung in das Gerät zu integrieren, wird oftmals ein Kamerasensor auf einer Frontseite des Geräts positioniert, auf der aber außerdem der Bildschirm angeordnet ist. Hierdurch wird eine Fläche des Bildschirms flächenmäßig kleiner als eine Fläche der Frontseite des Geräts, da der Kamerasensor beispielsweise deut lich sichtbar im Bereich eines nicht von einem Bildanzeigebereich des Bild schirms umfassten Randes des Bildschirms positioniert sein muss. Durch diese Positionierung entsteht jedoch beispielsweise bei einer Videokonferenz mittels des mobilen Endgeräts für einen Benutzer der Eindruck, dass dieser, wenn er mittig auf den Bildschirm blickt, auf seinem Abbild nicht direkt in die Erfassungsvorrichtung, das heißt in den Kamerasensor des Geräts, blickt. Des Weiteren wird für die beschriebene Positionierung des Kamerasensors häufig ein kleiner Kamerasensor gewählt, um ein möglichst großen Anzeige bereich beibehalten zu können. Der kleine Kamerasensor weist zum Beispiel einen Durchmesser von lediglich 5 Millimetern auf. Eine Größe der nutzbaren Optik ist also limitiert, was zu einer eingeschränkten Bildqualität des mittels der Erfassungsvorrichtung aufgenommenen Abbilds führt. Denn zum einen sind bei einem kleinen Kamerasensor die Pixel kleiner, wodurch weniger Licht gesammelt werden kann. Zum anderen fällt die Optik entsprechend klein aus, wodurch die Schärfentiefe sehr hoch ausfällt (paralleler Strahlen gang) und, da die Eintrittsöffnung so klein ist, weniger Licht eingefangen wird. Außerdem kann ein derart kleiner Kamerasensor leicht versehentlich von dem Benutzer verdeckt werden, beispielsweise mittels eines auf dem Kamerasensor platzierten Fingers des Benutzers. Des Weitern kann der kleine Kamerasensor im Falle von Verschmutzungen leicht vollständig ver schmutzt und somit verdeckt sein.

Aus dem Stand der Technik sind optische Beugungsgitter bekannt, die holo graphisch hergestellt werden und daher als holografische Gitter bezeichnet werden. Diesbezüglich ist aus der wissenschaftlichen Veröffentlichung„Vo- lume-phase holographic gratings and their potential for astronomical applica- tions" (S. C. Barden, J. A. Arns und W. S. Colburn, Proceedings SPIE 3355, Optical Astronomical Instrumentation, 1998) bekannt, dass Licht, das auf ein derartiges holografisches Gitter in einem Winkel trifft, der deutlich außerhalb des Winkelbereichs liegt, der die Bragg-Bedingung erfüllt, ungebeugt das holografische Gitter passiert. Trifft jedoch Licht aus einem Winkel auf das holografische Gitter, sodass die Bragg-Bedingung zumindest in etwa erfüllt ist, wird das Licht in einem Winkel gebeugt. Ein ähnliches Verhalten zeigt sich bezüglich einer Wellenlängenabhängigkeit des Einflusses des holografi- sehen Gitters auf Licht. Denn Licht mit einer Wellenlänge, die deutlich au ßerhalb des Wellenlängenbereichs liegt, der durch die Bragg-Bedingung als sogenannte Bragg-Wellenlänge vorgegeben wird, passiert ebenfalls das holografische Gitter ohne gebeugt zu werden und lediglich Licht mit einer Wellenlänge, die die Bragg-Bedingung zumindest in etwa erfüllt, wird am holografischen Gitter gebeugt. Mittels komplexer holografischer Gitterstruktu ren ist es somit beispielsweise möglich, dass Licht mit zwei verschiedenen Wellenlängenbereichen in jeweils demselben Winkel gebeugt wird. Außer dem kann durch ein holografisches Gitter beispielsweise Licht mit verschie denen Wellenlängen in verschiedene Lichtwege aufgeteilt werden, sodass mithilfe eines holografischen Gitters ein dispersiver Strahlteiler realisiert werden kann.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels der eine unscheinbare fotographische und/oder videobasierte Erfassungsvorrich tung für ein Gerät mit einem Bildschirm bereitgestellt wird.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprü che gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhän- gigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offen bart.

Die erfindungsgemäße Erfassungsvorrichtung umfasst eine Bilderfassungs einrichtung sowie ein Trägermedium. Das Trägermedium dient als Deckplat- te für einen Bildschirm und ist beispielsweise als Platte aus transparentem Kunststoff oder Glas realisiert, wobei das Trägermedium zusätzlich Licht aus der Umgebung an die Bilderfassungseinrichtung weiterleitet. Das Trägerme dium ist somit als Lichtleiter ausgebildet, das heißt das Trägermedium stellt ein Lichtleitmedium dar. Das heißt, das Trägermedium kann Licht, welches in das Trägermedium eingekoppelt ist, mittels interner Reflexion, bevorzugt Totalreflexion, an die Bilderfassungseinrichtung weiterleiten. Die Bilderfas sungseinrichtung kann dann das weitergeleitete Licht, wenn es wieder aus dem Trägermedium ausgekoppelt ist, erfassen und daraus Bilddaten erzeu gen oder generieren. Bevorzugt kann die Bilderfassungseinrichtung als Bildsensor oder Kamera, jeweils mit oder ohne abbildende Optik (wie zum Beispiel einer Linse oder einem Linsensystem) realisiert sein. Die Bilderfas sungseinrichtung ist also zum Erzeugen eines Abbilds einer Umgebung aus gelegt. Die Erfassungsvorrichtung im Sinne der Erfindung ist also insgesamt eine Vorrichtung zum Aufzeichnen statischer oder bewegter Bilder, die ein Abbild der Umgebung der Erfassungsvorrichtung darstellen. Das hierfür benötigte Licht wird an einer Oberfläche eines Bildschirms mittels eines als Deckplatte ausgebildeten, lichtleitenden Trägermediums erfasst oder einge fangen. Zum Einkoppeln oder Auskoppeln des Lichts sind an dem Trägermedium ein Einkoppelbereich und ein Auskoppelbereich angeordnet. Das Trägermedium mit dem Einkoppelbereich und dem Auskoppelbereich sind zusammen als die Deckplatte für einen Bildanzeigebereich des besagten Bildschirms aus- gebildet. Diese drei Komponenten der Erfassungseinrichtung sind also dazu ausgelegt, auf dem Bildanzeigebereich des Bildschirms positioniert zu sein, wobei es sich hierbei beispielsweise um eine Oberfläche eines berührungs sensitiven Bildschirms eines mobilen Endgeräts, wie einem Smartphone, handeln kann. In diesem Beispiel bildet das Trägermedium mit dem Einkop- pelbereich also eine Deckplatte für eine Frontseite des Smartphones, auf der der Bildanzeigebereich des Bildschirms des Smartphones angeordnet ist.

Der Einkoppelbereich umfasst zumindest denjenigen Teilbereich einer Ober fläche der Deckplatte, der zum Abdecken des Bildanzeigebereichs ausgebil- det ist. Bei eine Positionierung der Erfassungsvorrichtung in der bevorzugten Einbaulage, das heißt auf dem Bildanzeigebereich des Bildschirms, ist der Einkoppelbereich auf einer vom Bildschirm abgewandten Seite der Deckplat te bevorzugt parallel zu einer Ebene des Bildanzeigebereichs angeordnet . Der Einkoppelbereich ist als holografisches Element mit einer ersten Ab- lenkstruktur ausgebildet. Eine Beschreibung einer Funktionsweise eines derartigen holografischen Elements, das häufig als optisches Gitter bezeich net wird und das mittels holografischer Methoden hergestellt werden kann, findet sich beispielsweise in der oben zitierten wissenschaftlichen Publikati on. Der Einkoppelbereich kann entsprechend zum Beispiel als Beugungsgit- ter realisiert sein. Die erste Ablenkstruktur des Einkoppelbereichs ist dazu ausgebildet, Licht, das aus der Umgebung auf die erste Ablenkstruktur fällt, in das Trägermedium einzukoppeln und dabei derart weit oder stark umzu lenken, dass das eingekoppelte Licht die Grenzwinkelbedingung erfüllt. Das Trägermedium ist entsprechend dazu ausgebildet, das eingekoppelte Licht dann mittels der sich ergebenden internen Reflexion von dem Einkop pelbereich an den Auskoppelbereich zu übertragen. Das Licht, das aus der Umgebung auf die erste Ablenkstruktur fällt und in das Trägermedium einge koppelt wird, kann hierbei in zick-zack-artigen Bewegungen entlang einer Richtung parallel zu einer Ebene der Oberfläche des Bildanzeigebereichs des Bildschirms geleitet werden. Voraussetzung hierfür ist, dass die Erfas sungsvorrichtung in der bevorzugten Einbaulage angeordnet ist, das heißt auf dem Bildanzeigebereich des Bildschirms positioniert ist. Schließlich weist der Auskoppelbereich, der ebenfalls als holografisches Element ausgebildet ist, eine zweite Ablenkstruktur auf, die dazu ausgebildet ist, das in dem Trä germedium übertragene Licht, das auf die zweite Ablenkstruktur fällt, aus dem Trägermedium auszukoppeln. Die zweite Ablenkstruktur des Auskop pelbereichs kann beispielsweise ebenfalls als Beugungsgitter realisiert sein.

Mit anderen Worten kann insgesamt das Licht aus der Umgebung an der ersten Ablenkstruktur des Einkoppelbereichs abgelenkt oder gebeugt und in das Trägermedium eingekoppelt werden. Entsprechend kann das von dem Trägermedium übertragene Licht an der zweiten Ablenkstruktur abgelenkt oder gebeugt und dort wieder aus dem Trägermedium ausgekoppelt werden. Somit kann das Licht vor oder an dem Bildanzeigebereich des Bildschirms eines Geräts erfasst oder abgegriffen werden.

Zum Erfassen des aus dem Trägermedium ausgekoppelten Lichts, liegt die Bilderfassungseinrichtung an dem Auskoppelbereich an. Wie oben beschrie ben ist die Bilderfassungseinrichtung dazu ausgebildet, das aus dem Trä germedium ausgekoppelte Licht zu erfassen und in Form von Bilddaten be reitzustellen. Die Bilddaten sind dabei mit dem einfallenden Licht der Umge bung korreliert. Zum Befestigen der Bilderfassungseinrichtung an dem Trä- germedium kann die Bilderfassungseinrichtung beispielsweise an das Trä germedium angeklebt werden. Alternativ kann auch das Trägermedium in eine Halteeinrichtung der Bilderfassungseinrichtung eingespannt werden. Die Bilderfassungseinrichtung kann insbesondere als Bildsensor, beispielsweise als CCD-Sensor (Charged Coupled Device - ladungsgekoppelte Vorrich- tung) oder als CMOS-Sensor (Complementary Metal Oxide Semiconductor - komplementärer Metalloxid-Halbleiter), ausgebildet sein. Bei dieser Ausge staltung der Bilderfassungseinrichtung als Bildsensor kann das Trägermedi um, an welchem der Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich angeordnet sind, zusätzlich die Aufgabe eines Objektivs, also einer abbildenden Optik, übernehmen. Alternativ kann die Bilderfassungseinrichtung auch als Kamera oder Fotoapparat, insbesondere als Mikrokamera, wie sie beispielsweise in einem Smartphone ausgebildet ist, mit eigener abbildender Optik realisiert sein.

Der gesamte Einkoppelbereich der Erfassungsvorrichtung dient also als Erfassungsbereich für das Licht, das letztendlich an die Bilderfassungsein richtung weitergeleitet und dort als mit dem Licht korrelierte Bilddaten bereit gestellt wird. Der Einkoppelbereich bildet folglich eine Art Kameraobjektiv oder Lichteinlass für die Bilderfassungseinrichtung. Der Einkoppelbereich umfasst daher bevorzugt eine gesamte Seite der Deckplatte, und zwar die in der bevorzugten Einbaulage vom Bildschirm abgewandte Seite der Deckplat te. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Erfassungsbereich der Erfas sungsvorrichtung die gesamte Seite der Deckplatte umfasst. Hierdurch wird ein beispielsweise im Randbereich des berührungssensitiven Bildschirms des Smartphones angeordneter Kamerasensor überflüssig, da die Deckplat te des Smartphones selbst als Kamerasensor dienen kann, falls als Deck platte des Smartphones die oben beschriebene Deckplatte der Erfassungs vorrichtung verwendet wird.

Indem nur eine einzelne Bilderfassungseinrichtung, zum Beispiel ein einzel ner Kamerasensor, zum Erfassen des Bilds nötig ist, wird zudem weniger Rechenleistung benötigt und der Fertigungsaufwand zum Herstellen der Erfassungseinrichtung ist geringer als beispielsweise der Fertigungsaufwand für herkömmliche Kameravorrichtungen.

Die beschriebene Erfassungsvorrichtung ermöglicht insgesamt, dass der Erfassungsbereich, das heißt der Einkoppelbereich, auf dem Bildanzeigebe reichs des Bildschirms positionierbar ist, sodass letztendlich mittels der Bil- derfassungseinrichtung die mit dem auf den Bereich des Bildanzeigebereichs aufgetroffenen Licht korrelierten Bilddaten bereitgestellt werden. Hierdurch entfallen einerseits störende Elemente auf dem Bildanzeigebereich, da die Deckplatte derart ausgestaltet wird, dass diese den Bildanzeigebereich voll ständig umfassen kann, sodass im Bildanzeigebereich des Bildschirms keine Aussparung mehr für den Kamerasensor angeordnet ist, wie es beispiels weise bei herkömmlichen Smartphones der Fall ist. Durch die dadurch be wirkte Vergrößerung des Erfassungsbereichs auf die gesamte Fläche der Deckplatte wird außerdem eine Verdeckung oder zumindest eine Abschat tung des Erfassungsbereichs, beispielsweise durch eine ungünstig gewählte Positionierung des Fingers des Benutzers, unwahrscheinlich, da auf einer größeren Fläche Licht für die gewünschte Abbildung aufgenommen wird als bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Kamerasensor. Außerdem können zusätzliche optische Elemente, wie der im Smartphone verbaute Kamerasensor entfallen, wodurch Kosten reduziert, ein Gewicht des Endpro dukts, das heißt des mobilen Endgeräts mit integrierter Erfassungsvorrich tung, reduziert und zudem eine Komplexität der Kameravorrichtung, die in das mobile Endgerät integriert ist, reduziert wird. All dies ist möglich, da eine Deckplatte für den Bildanzeigebereich des Bildschirms zusätzlich zu ihrer Abdeckfunktion als Erfassungsbereich für eine Erfassungsvorrichtung aus gebildet ist. Hierdurch wird die eigentliche Kameravorrichtung für den Benut zer scheinbar unsichtbar, da anstelle eines herkömmlichen Kamerasensors einer Kameravorrichtung lediglich das Trägermedium mit dem Einkoppelbe reich sowie dem Auskoppelbereich, die insgesamt als beispielsweise licht durchlässige Deckplatte ausgebildet sind, für den Benutzer zu sehen sind, wenn dieser auf den Bildanzeigebereich des Bildschirms blickt. Die Erfas sungsvorrichtung ist folglich besonders unscheinbar.

Zu der Erfindung gehören auch Ausgestaltungsformen, durch die sich zu sätzliche Vorteile ergeben.

Eine Ausgestaltungsform sieht vor, dass der Einkoppelbereich und der Aus koppelbereich als Ablenkstruktur zumindest ein optisches Gitter, insbesonde re ein holografisches Oberflächengitter oder ein holografisches Volumengit ter, aufweisen. In diesem Zusammenhang kann die Erfassungsvorrichtung auch als HoloCam, kurz für holografische Kamera, bezeichnet werden.

Ein optisches Gitter, auch Beugungsgitter genannt, sowie dessen Wirkungs weise und Herstellungsverfahren ist, wie bereits erwähnt, allgemein bekannt, wie es beispielsweise aus der oben zitierten wissenschaftlichen Publikation hervorgeht. Grundsätzlich kann ein optisches Gitter auf zumindest ab schnittsweise periodischen Strukturen, einer sogenannten Gitterstruktur, in einem Substrat beruhen. Mittels einer solchen Gitterstruktur kann ein opti- sches Gitter durch den physikalischen Effekt der Beugung eine Lichtlenkung, wie sie zum Beispiel von Spiegeln, Linsen oder Prismen bekannt ist, herbei führen. Fällt Licht, das heißt fallen Lichtstrahlen auf das optische Gitter, wo bei die einfallenden Lichtstrahlen insbesondere die Bragg-Gleichung erfüllen, werden die Lichtstrahlen durch das optische Gitter gebeugt oder abgelenkt. Die Lichtlenkung kann somit insbesondere durch Interferenzerscheinungen der durch das optische Gitter gebeugten Lichtstrahlen erfolgen. Die Ab lenkstruktur des Einkoppelbereichs oder Auskoppelbereichs kann dement sprechend auch als Beugungsstruktur bezeichnet werden. Vorzugsweise kann ein optisches Gitter gegenüber dem einfallenden Licht richtungsselektiv oder winkelselektiv ausgebildet sein. Somit kann nur Licht, insbesondere ein Anteil des Lichts, das aus einer vorbestimmten Einfallsrich tung, zum Beispiel in einem vorbestimmten Winkel, auf ein optisches Gitter fällt, abgelenkt werden. Licht, insbesondere ein Anteil des Lichts, das aus einer anderen Richtung auf das optische Gitter fällt, wird vorzugsweise nicht abgelenkt oder umso weniger, je größer der Unterschied zur vorbestimmten Einfallsrichtung ist. Der Lichtanteil, welcher von der vorbestimmten Einfalls richtung oder Optimaleinfallsrichtung abweicht, kann folglich vorzugsweise ungehindert durch das Substrat mit dem optischen Gitter propagieren.

Zusätzlich oder alternativ kann ein optisches Gitter noch wellenlängenselek tiv oder frequenzselektiv ausgebildet sein. Somit kann nur Licht, insbesonde re ein erster Anteil des Lichts mit einer vorbestimmten Wellenlänge von dem optischen Gitter in einem bestimmten Beugungswinkel abgelenkt oder ge- beugt werden. Licht, insbesondere ein zweiter Anteil des Lichts mit einer anderen als der vorbestimmten Wellenlänge wird vorzugsweise nicht abge lenkt, oder umso weniger je größer der Unterschied zur vorbestimmten Wel lenlänge ist. Der zweite Lichtanteil, welcher von der vorbestimmten Wellen länge oder Optimalwellenlänge abweicht, kann folglich vorzugsweise unge- hindert durch das Substrat mit dem optischen Gitter propagieren. Dadurch kann beispielsweise von polychromatischem Licht, welches auf das optische Gitter trifft, wenigstens ein monochromatischer Lichtanteil abgespaltet wer den. In vorteilhafter Weise ist der Ablenkeffekt für die Optimalwellenlänge maximal und fällt zu längeren und kürzeren Wellenlängen hin, beispielsweise gemäß einer Gaußglocke, ab oder wird schwächer. Insbesondere wirkt der Ablenkeffekt nur auf einen Bruchteil des sichtbaren Lichtspektrums und/oder in einem Winkelbereich kleiner als 90 Grad. Eine Herstellung eines optischen Gitters kann insbesondere mittels Belich tung eines Substrats, also beispielsweise fotolithografisch oder holografisch, erfolgen. In diesem Zusammenhang kann das optische Gitter dann auch als holografisches oder holografisch-optisches Gitter bezeichnet werden. Es sind zwei Arten von holografisch-optischen Gittern bekannt: holografische Ober- flächengitter (surface holografic gratings, kurz: SHG) und holografische Vo lumengitter (volume holografic gratings, kurz: VHG). Bei einem holografi schen Oberflächengitter kann die Gitterstruktur durch optisches Verformen einer Oberflächenstruktur des Substrats erzeugt werden. Durch die verän derte Oberflächenstruktur kann auftreffendes Licht abgelenkt, zum Beispiel reflektiert werden. Beispiele für holografische Oberflächengitter sind soge nannte Sägezahn- oder Blazegitter. Im Gegensatz dazu kann die Gitterstruk tur bei holografischen Volumengittern in das ganze Volumen oder einen Teilbereich des Volumens des Substrats eingearbeitet sein. Holografische Oberflächengitter und holografische Volumengitter sind in der Regel fre- quenzselektiv. Es sind jedoch auch optische Gitter bekannt die polychromati sches Licht beugen können. Diese werden als holografische Mehrfachvolu mengitter (multiplexed volume holografic gratings, kurz: MVHG) bezeichnet und können beispielsweise durch Verändern der Periodizität der Gitterstruk tur eines optischen Gitters oder durch Anordnen mehrerer holografisches Volumengitter hintereinander hergestellt werden.

Als Material für das besagte Substrat zum Einarbeiten eines optischen Git ters eignet sich besonders ein Polymer, insbesondere ein Fotopolymer, oder eine Folie, insbesondere eine fotosensitive Folie, zum Beispiel aus Kunststoff oder organischen Stoffen. Substrate die eine Ablenkstruktur zum Beugen von Licht, beispielsweise in Form eines optischen Gitters aufweisen, können auch als holografisch-optische Elemente (HOE) bezeichnet werden. Durch die beschriebene Ausbildung des Einkoppelbereichs und des Auskop pelbereichs wird daher das Beugen des auf den Einkoppelbereich fallenden Lichts zur beispielsweise seitlich an der Deckplatte angeordneten Bilderfas sungseinrichtung möglich, wodurch die Deckplatte der Erfassungsvorrichtung derart gestaltet sein kann, dass die Bilderfassungseinrichtung in der bevor- zugten Einbaulage der Erfassungsvorrichtung den Bildanzeigebereich des Bildschirms überhaupt nicht , das heißt auch nicht teilweise, abdeckt.

Eine weitere Ausgestaltungsform sieht vor, dass der Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich einstückig mit dem Trägermedium ausgebildet sind oder das Trägermedium als separates Element zu dem Einkoppelbereich und dem Auskoppelbereich ausgebildet ist.

Im ersten Fall können der Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich somit beispielsweise direkt in eine Oberfläche des Trägermediums eingearbeitet sein. Das heißt, die Ablenkstruktur kann beispielsweise in die Oberfläche des Trägermediums (Deckplattenoberfläche) geätzt oder gelasert sein. Somit kann das Trägermedium selbst als HOE ausgebildet sein. Im zweiten Fall können Einkoppelbereich, Auskoppelbereich und Trägermedium separat ausgebildet sein. Dabei können der Einkoppelbereich und der Auskoppelbe- reich beispielsweise wenigstens ein erstes Element bilden und das Träger medium kann ein zweites Element bilden, welches an dem ersten Element anliegt. Somit können der Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich in wenigstens einem HOE ausgebildet sein. Beispielsweise können der Ein koppelbereich und der Auskoppelbereich in unterschiedlichen Abschnitten einer holografischen Folie oder Platte ausgebildet sein. Zum Befestigen der Folie oder Platte an dem Trägermedium kann die Folie oder Platte an das Trägermedium angeklebt sein. Alternativ kann die holografische Folie auch als Adhäsionsfolie ausgebildet sein und direkt, also ohne Klebstoff, durch molekulare Kräfte an der Oberfläche des Trägermediums haften. Die Deck- platte ist somit auf verschiedene Arten und insbesondere kostengünstig herstellbar.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Deckplatte biegbar ausgebildet ist. Die Deckplatte kann also zerstö rungsfrei verformt werden, wobei das zerstörungsfreie Verformen bei einem Verbiegen der Deckplatte um einen Biegeradius von kleiner als 2 Zentimetern der Fall ist. Die Deckplatte kann somit beispielsweise Randbe reiche aufweisen, in denen die Deckplatte um einen Winkel von beispiels- weise 90 Grad abgeknickt ist. Über die abgeknickten Randbereichen kann sich beispielsweise ebenfalls der Einkoppelbereich erstrecken, sodass dort einfallendes Licht zur Bilderfassungseinrichtung geleitet und folglich abgebil det wird. Hierdurch werden multifunktionale Deckplatten beispielsweise für elektrische Geräte, die einen entsprechend gebogen geformten Bildschirm aufweisen, möglich, wobei der Einkoppelbereich derart positionierbar ist, dass aus mehreren Perspektiven, beispielsweise von mehreren Seiten des Geräts aus, Bilder aufgenommen werden können. Hierdurch ist die Erfas sungsvorrichtung kompatibel für verschiedenartig ausgebildete Bildschirme mit verschiedenartig ausgeformten Bildanzeigebereichen ausgebildet.

Eine andere Ausgestaltungsform sieht vor, dass die Bilderfassungseinrich tung dazu ausgelegt ist, eine Autofokusfunktion mittels einer Kantenkon trastmessung durchzuführen. Eine Kantenkontrastmessung bezeichnete eine Möglichkeit zum automatischen Fokussieren auf ein Objekt in der Umge- bung, aus der Licht von der Erfassungsvorrichtung aufgenommen wird, mit tels einer Kontrastmessung an Konturkanten, die in den bereitgestellten Bilddaten beispielsweise mittels Anwenden von Methoden digitaler Bildver arbeitung, erkannt werden. Eine derartige Kantenkontrastmessung ist bei geeigneter Wahl des HOE sowie der Bilderfassungseinrichtung realisierbar. Dies ermöglicht, dass mit der Erfassungsvorrichtung ein scharfes Abbild eines Objekts in der Umgebung ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß ist außerdem ein Erfassungssystem vorgesehen. Dieses Erfassungssystem umfasst eine Erfassungsvorrichtung, wie sie oben be- schrieben wurde, sowie ein Gerät mit einem Bildschirm. Bei diesem Gerät handelt es sich beispielsweise um ein mobiles Endgerät, wie beispielsweise ein Smartphone, ein Tablet, ein Fernsehgerät oder einen Computerbild schirm. Die Erfassungsvorrichtung ist hierbei als Deckplatte für den Bild- schirm des Geräts ausgebildet, das heißt die Erfassungsvorrichtung stellt die Deckplatte für den Bildschirm bereit. Dieser Bildschirm umfasst einen Bildan zeigebereich, der bevorzugt den gesamten Bildschirm einnimmt. Die Deck platte dient nun beispielsweise als Schutzplatte für diesen Bildanzeigebe reich und umfasst auf einer dem Bildschirm abgewandten Oberfläche der Deckplatte den Einkoppelbereich. Folglich wird bevorzugt über die gesamte Oberfläche der Deckplatte, die auf dem Bildschirm angeordnet ist, Licht in die Erfassungsvorrichtung eingekoppelt, sodass der Erfassungsbereich der Erfassungsvorrichtung die gesamte Bildschirmfläche umfasst. Die im Zu sammenhang mit der erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung vorgestell- ten bevorzugten Ausgestaltungsformen und deren Vorteile gelten entspre chend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Erfassungssystem. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Ausgestaltungsformen des er findungsgemäßen Erfassungssystems hier nicht noch einmal beschrieben. In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des Erfassungssystems ist die Bilderfassungseinrichtung der Erfassungsvorrichtung an einer von folgenden Positionen angeordnet: In einem Rahmen des Bildschirms des Geräts, in einer Aussparung in einem Randbereich des Bildschirms des Geräts, an einer seitlichen Wand der Deckplatte, wobei die seitliche Wand senkrecht zum Einkoppelbereich angeordnet ist, im Bildschirm des Geräts. Ist das Gerät beispielsweise als mobiles Endgerät ausgebildet, auf dessen Frontsei te der Anzeigebereich des Bildschirms angeordnet ist, kann in einem Rah men dieses Bildanzeigebereichs des Bildschirms ein oder mehrere Sensoren angeordnet sein, die jeweils von der Bilderfassungseinrichtung umfasst wer- den. Mehrere derartige Sensoren sind beispielsweise sinnvoll, wenn auf grund der wellenlängenabhängigen Beugung des auf den Einkoppelbereich treffenden Lichts an verschiedenen Positionen positionierte Sensoren der Bilderfassungseinrichtung vorgesehen sind, die jeweils Licht verschiedener Wellenlängen und folglich Licht verschiedener Farbbereiche erfassen kön- nen. Eine Auswerteeinrichtung der Bilderfassungseinrichtung wird aus dem von den verschiedenen Sensoren erfassten Licht die entsprechenden Bildda ten, die mit dem erfassten Licht korrelieren, bereitstellen. Hierfür kann bei spielsweise ein 1 Millimeter bis zu 1 Zentimeter breiter Rand beziehungswei- se Rahmen des Bildschirms vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Bilderfassungseinrichtung in einer Aussparung in einem Randbe reich des Bildschirms angeordnet sein. Diese Aussparung kann beispiels weise in einem Eck des Bildschirms positioniert sein. Allerdings muss ein Betrachter, der beispielsweise ein Foto von sich mit der Erfassungsvorrich- tung machen möchte, nicht zu dieser Aussparung im Randbereich blicken, um ein Foto von sich zu machen, auf dem er direkt in die Bilderfassungsein richtung blickt, sondern kann beispielsweise mittig auf den Bildschirm schau en, wobei dennoch die Bilddaten ein Abbild dieser Person zeigen, auf dem diese direkt auf die Bilderfassungseinrichtung blickt. Dies ist möglich, da das Licht zunächst vom Einkoppelbereich durch das Trägermedium zum Aus koppelbereich übertragen wird und nicht von der Bilderfassungseinrichtung selbst aufgenommen wird.

Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Bilderfassungseinrichtung seitlich am Trägermedium angeordnet sein. Für einen Benutzer, der auf die Deck platte blickt und durch die Deckplatte hindurch auf den Bildanzeigebereich des Bildschirms des Geräts blickt, ist die Bilderfassungseinrichtung dann beispielsweise überhaupt nicht Zusehen. Die Bilderfassungseinrichtung kann alternativ oder zusätzlich dazu im Bildschirm des Geräts selbst angeordnet sein, beispielsweise in dem häufig als Display bezeichneten Bildanzeigebe reich. Es gibt folglich verschiedene Möglichkeiten, wie die Bilderfassungsein richtung in das Erfassungssystem integriert sein kann. Insgesamt ist es also möglich, die Bilderfassungseinrichtung derart zu positionieren, dass diese unscheinbar, das heißt unsichtbar für den Benutzer, ist, da sie nicht auf der Deckplatte beziehungsweise in einer Aussparung der Deckplatte angeordnet sein muss.

Eine weitere Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Erfassungssys tems sieht vor, dass die Erfassungsvorrichtung und/oder das Gerät eine Lichtquelle umfasst, die dazu ausgelegt ist, ein vorgegebenes Lichtmuster an die Umgebung auszusenden. Bei diesem vorgegebenen Lichtmuster kann es sich beispielsweise um mehrere mit einem vorgegebenen Abstand zueinan der angeordnete Lichtstreifen handeln. Die Bilderfassungseinrichtung ist nun dazu ausgelegt, basierend auf dem erfassten in der Umgebung reflektierten Lichtmuster eine Autofokusfunktion durchzuführen. Hierbei wird das von der Lichtquelle ausgehende Lichtmuster durch einen Lichtmustereinkoppelbe reich in das Trägermedium eingekoppelt, mittels interner Reflexion durch das Trägermedium geleitet und in einem Lichtmusterauskoppelbereich in die Umgebung austreten gelassen. Diese Lichtquelle, die durch das HOE hin durchgeleitet wird, sendet bevorzugt Infrarotlicht aus. Dieses Intrarotlicht wird in Form eines vorgegebenen Lichtmusters, das heißt als sogenanntes Struc- tured Light, emittiert, mithilfe dessen die Autofokusfunktion durchgeführt wird. Hierbei handelt es sich um eine gängige Methode zum automatischen Fo- kussieren. Der Lichtmustereinkoppelbereich kann hierbei dem Auskoppelbe reich entsprechen und der Lichtmusterauskoppelbereich dem Einkoppelbe reich. Allerdings ist dies nur dann der Fall, wenn die Lichtquelle entspre chend in dem Gerät und/oder der Erfassungsvorrichtung selbst ausgebildet ist. Ein Smartphone, das beispielsweise als Gerät mit einem Bildschirm Teil des Erfassungssystems ist, hat häufig eine derartige Infrarotlichtquelle inte griert, da diese beispielsweise dafür genutzt wird, die Kameravorrichtung des Smartphones mit der Autofokusfunktion auszustatten. Mithilfe des Erfas sungssystems kann somit eine Autofokusfunktion bereitgestellt werden, die eine fokussierte Abbildung eines Objekts in der Umgebung mittels der Erfas- sungsvorrichtung ermöglicht.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Erfassungssystems sieht vor, dass das Gerät eine Bildschirmseite und eine der Bildschirmseite gegenüberliegende Rückseite umfasst. Die Deckplatte ist nun gebogen ausgebildet, das heißt die Deckplatte kann zerstörungsfrei mit einem Biegeradius von kleiner als zwei Zentimetern verformt werden. Die Bildschirmseite und die Rückseite werden nun jeweils zumindest bereichs weise von der gebogenen Deckplatte abgedeckt. Hierdurch ist es beispiels weise möglich, dass sowohl auf einer Frontseite, die den Bildschirm umfasst, als auch auf der gegenüberliegenden Rückseite zum Beispiel des Smartpho- nes jeweils die oben beschriebene Deckplatte angeordnet ist. Hierdurch kann beispielsweise ein auf der Rückseite des Smartphones positioniertes Objekt von der Bilderfassungseinrichtung erfasst werden, da das entspre- chende Licht aus der Umgebung im Einkoppelbereich auf der Rückseite des Smartphones eingekoppelt, durch das Trägermedium übertragen und im Auskoppelbereich ausgekoppelt wird, sodass die Bilderfassungseinrichtung die mit dem erfassten Licht korrelierten Bilddaten erfassen und bereitstellen kann. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Deckplatte auch alle Außen- seiten des Geräts bedecken, sodass Abbildungen der Umgebung von allen Seiten des Geräts möglich sind. Dies ist allerdings nur dann möglich, wenn sich der Einkoppelbereich über die gesamte Oberfläche der Deckplatte er streckt und derart angeordnet ist, dass der Einkoppelbereich an der von dem Gerät weggewandten Seite der Deckplatte angeordnet ist.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschrie benen Ausführungsformen.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer auf einem Bildschirm posi tionierten Erfassungsvorrichtung, Fig. 2a-2c eine jeweilige schematische Darstellung eines jeweiligen

Smartphones mit jeweils zumindest einer Bilderfassungseinrich tung, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Smartphones, das auf einer Bildschirmseite und einer Rückseite von einer Deckplatte einer Erfassungsvorrichtung bedeckt ist.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispie- len stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschrie benen Merkmale der Erfindung ergänzbar.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.

In Fig. 1 ist eine Erfassungsvorrichtung 10 skizziert, die eine Bilderfassungs einrichtung 11 sowie ein Trägermedium 12 umfasst. Das Trägermedium 12 ist hierbei als Lichtleiter ausgebildet und stellt einen Einkoppelbereich 16 sowie einen Auskoppelbereich 18 bereit. Das Trägermedium 12 ist zusam men mit dem Einkoppelbereich 16 und dem Auskoppelbereich 18 als eine Deckplatte 13 ausgebildet. Diese Deckplatte 13 ist dazu ausgelegt, auf ei nem Bildschirm 32, der nicht Teil der Erfassungsvorrichtung 10 ist, angeord net zu sein. Hierbei bedeckt die Deckplatte 13 einen Anzeigebereich des Bildschirms 32. Der Einkoppelbereich 16 umfasst zumindest einen Teilbe reich einer Oberfläche der Erfassungsvorrichtung 10, das heißt eine Deck plattenoberfläche 17 der Deckpatte 13. Dieser Teilbereich ist dazu ausgebil det, zumindest den Bildanzeigebereich des Bildschirms 32 abzudecken.

Der Einkoppelbereich 16 ist als holographisches Element 14 mit einer ersten Ablenkstruktur 20 ausgebildet. Die Ablenkstruktur 20 ist dazu ausgebildet, Licht 100, das aus einer Umgebung auf die erste Ablenkstruktur 20 fällt, in das Trägermedium 12 einzukoppeln. In diesem Beispiel ist das Licht 100 in Form von einem Lichtstrahl skizziert, der durch die Deckplattenoberfläche 17 hindurchtritt und von der ersten Ablenkstruktur 20 abgelenkt wird. Außerdem sind weitere Lichtstrahlen als Licht 100' skizziert, die ebenfalls auf den Ein koppelbereich 16 treffen. Das Trägermedium 12 ist dazu ausgebildet, das eingekoppelte Licht 100 mittels interner Reflexion von dem Einkoppelbereich 16 an den Auskoppelbereich 18 zu übertragen. Der Auskoppelbereich 18 ist als holographisches Element 14 mit einer zweiten Ablenkstruktur 22 ausge bildet. Die zweite Ablenkstruktur 22 ist dazu ausgelegt, das übertragene Licht 100, das auf die zweite Ablenkstruktur 22 fällt, aus dem Trägermedium 12 auszukoppeln.

Die Bilderfassungseinrichtung 11 ist hier an einer seitlichen Wand des Trä germediums 12, das heißt an einer seitlichen Wand der Deckplatte 13, an geordnet, wobei diese seitliche Wand senkrecht zum Einkoppelbereich 16 und somit zur Deckplattenoberfläche 17 angeordnet ist. Die Bilderfassungs- einrichtung 11 ist dazu ausgebildet, das ausgekoppelte Licht 100 zu erfassen und in Form von Bilddaten, die mit dem erfassten Licht 100 korrelieren, be reitzustellen.

Es ist zu beachten, dass der Einkoppelbereich 16 und der Auskoppelbereich 18 als Ablenkstruktur 20, 22 zumindest ein optisches Gitter, insbesondere ein holographisches Volumengitter oder ein holographisches Oberflächengit ter, aufweisen. Der Einkoppelbereich 16 und der Auskoppelbereich 18 kön nen hierbei einstückig mit dem Trägermedium 12 ausgebildet sein. Alternativ dazu kann das Trägermedium 12 als separates Element zu dem Einkoppel- bereich 16 und dem Auskoppelbereich 18 ausgebildet sein. Die Bilderfas sungseinrichtung 11 zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Autofokusfunk tion mittels einer Kantenkontrastmessung durchführen kann.

In Fig. 1 ist außerdem ein Erfassungssystem 30 skizziert. Das Erfassungs- System 30 umfasst die Erfassungsvorrichtung 10 sowie den Bildschirm 32 eines Geräts 31 (dargestellt mit dem Bezugszeichen 31 in Fig. 2). Bei die sem Gerät 31 handelt es sich beispielsweise um ein mobiles Endgerät, das heißt ein Smartphone, einen Computerbildschirm, ein Tablet und/oder einen Fernsehapparat. Die Erfassungsvorrichtung 10 stellt die Deckplatte 13 für den Bildschirm 32 dieses Geräts 31 bereit.

In den Fig. 2a bis 2c sind jeweils verschiedene Positionen zu sehen, an de nen die Bilderfassungseinrichtung 11 positioniert sein kann. Die Fig. 2a bis 2c zeigen hierbei jeweils eine Frontseite eines Smartphones, das heißt die Frontseite des Geräts 31. Das Gerät 31 weist jeweils einen Bildschirm 32 auf, dessen Bildanzeigebereich von einem Rahmen 33 umgeben ist. Die Bilderfassungseinrichtung 11 kann nun beispielsweise, wie in Fig. 2a skiz ziert, in dem Rahmen 33 des Bildschirms 32 des Geräts 31 angeordnet sein. Hierbei können beispielsweise mehrere Bilderfassungseinrichtungen 11 vorgesehen sein, die jeweils beispielsweise dazu ausgelegt sind, Licht 100 eines bestimmten Wellenlängenbereichs von dem Auskoppelbereich 18 zu erfassen und in Form von entsprechenden Bilddaten bereitzustellen. Die Bilderfassungseinrichtung 11 umfasst in diesem Fall außerdem eine Auswer- teeinrichtung, die nicht in den Fig. 2a bis 2c skizziert ist, die dazu ausgelegt ist, aus den von den mehreren Bilderfassungseinrichtungen 11 bereitgestell ten Bilddaten Endbilddaten, die mit dem erfassten Licht 100 aus der Umge bung korrelieren, bereitzustellen und gegebenenfalls auf den Bildschirm 32 anzuzeigen. In Fig. 2b sind zwei Bilderfassungseinrichtungen 11 im Bild- schirm 32 des Geräts 31 positioniert. In Fig. 2c ist eine exemplarische Bilder fassungseinrichtung 11 in einer Aussparung 34 des Rahmens 33 des Bild schirms 32 angeordnet. Der Einkoppelbereich 16 erstreckt sich in diesem Beispiel bevorzugt jeweils über die gesamte Deckplattenoberfläche der Deckplatte 13, das heißt des Bildschirms 32. Möchte nun beispielsweise ein Benutzer des Geräts 31 ein Foto von sich selbst machen, muss er nicht in eine der Bilderfassungseinrichtungen 11 blicken, sondern kann seinen Blick beispielsweise mittig auf den Bildschirm 32 richten. Dadurch wird erreicht, dass kein Parallaxe-Effekt für den Benutzer beim Aufnehmen eines Fotos von ihm selbst auftritt.

In Fig. 3 ist die Erfassungsvorrichtung 10 mit einer biegbaren Deckplatte 13 skizziert. Diese biegbare Deckplatte 13 ist derart ausgebildet, dass sie so wohl eine Bildschirmseite 35 des Bildschirms 32 des Geräts 31 bedeckt als auch eine Rückseite 36 des Geräts 31. Die Bildschirmseite 35 sowie die Rückseite 36 sind in diesem Beispiel jeweils zumindest teilweise von der Deckplatte 13 bedeckt. Befindet sind nun beispielsweise in der Umgebung der Rückseite 36 des Geräts 31 ein Spielzeugauto 40, kann dieses beschrei bende Licht 100 vom Einkoppelbereich 16 auf der Rückseite 36 der Deck platte 13„erfasst“ und mittels des Trägermediums 12 zum Auskoppelbereich 18 und zur Bilderfassungseinrichtung 1 1 geleitet werden, sodass letztendlich auf dem Bildschirm 32 eine Abbildung 42 des Spielzeugautos 40 angezeigt werden kann. Die Erfassungsvorrichtung 10 und/oder das Gerät 31 umfassen zudem eine Lichtquelle, die dazu ausgelegt ist, ein vorgegebenes Lichtmuster in die Umgebung auszusenden. Die Bilderfassungseinrichtung 11 ist dazu ausge legt, basierend auf dem erfassten und in der Umgebung reflektierten Licht muster eine Autofokusfunktion durchzuführen, wobei das von der Lichtquelle ausgehende Lichtmuster durch einen Lichtmustereinkoppelbereich, der bei spielsweise dem Auskoppelbereich 18 entspricht, in das Trägermedium 12 eingekoppelt, mittels interner Reflexion durch das Trägermedium 12 geleitet und in einem Lichtmusterauskoppelbereich, der beispielsweise dem Einkop pelbereich 16 entspricht, in die Umgebung austritt.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie mit der Erfindung ein Mobiltelefondisplay mit unsichtbarer Aufnahmefunktion realisiert werden kann. Hierfür wird in die Deckplatte 13 des Geräts 31 , bei dem es sich beispielsweise um ein Smart- phone, das heißt um ein Mobiltelefon, handelt, eine sogenannte HoloCam verbaut. Es wird also ein holographisches Element 14 in die Deckplatte 13 integriert. Durch die Verwendung einer derartigen Deckplatte 13, die bei spielsweise als Displayschutzglas ausgeformt ist, lässt sich die Bilderfas sungseinrichtung 11 außerhalb des Bildanzeigebereichs des Bildschirms 32 anbringen und dabei gleichzeitig die Fläche des Bildschirms 32 zur Aufnah- me nutzen. Dadurch entfallen störende Elemente im Bildanzeigebereich des Bildschirms 32, wie etwa die Aussparung 34, die auch als Notch bezeichnet werden kann, um dort beispielsweise einen Kamerasensor zu positionieren. Durch die Vergrößerung des Aufnahmebereichs über die gesamte Fläche des Einkoppelbereichs 16 ist eine Abschattung, zum Beispiel durch einen Finger des Benutzers, unwahrscheinlich. Zudem können optische Elemente typischer Kameravorrichtungen entfallen, wodurch Kosten, Gewicht und Komplexität der Vorrichtung reduziert werden können. Des Weiteren können diverse Funktionen abgebildet werden, wie zum Beispiel eine Entfernungs messung über Kontrast, das heißt eine Kantenkontrastmessung, oder eine Structured Light Anwendung, das heißt eine Autofokussierung mithilfe von Lichtmustern. Hierfür wird eine herkömmliche Bildschirmoberfläche aus Glas durch die Deckplatte 13 ersetzt. Diese Deckplatte 13, die Teil der Erfas sungsvorrichtung 10 ist, ermöglicht, das auf die Deckplattenoberfläche 17 auftreffendes Licht 100 zu einer außerhalb des Bildschirms 32 des Geräts 31 liegenden Bilderfassungseinrichtung 11 abzulenken und dort auszukoppeln.