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Die Erfindung betrifft eine Deckfolie für einen Bildschirm eines Geräts sowie ein Anzeigesystem, das eine derartige Deckfolie sowie das Gerät mit dem Bildschirm umfasst.
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Ein Gerät mit einem Bildschirm, wie beispielsweise ein mobiles Endgerät, umfasst in der Regel eine fotographische und/oder videobasierte Erfassungsvorrichtung, wie beispielsweise eine Kameravorrichtung, um ein Abbild einer Umgebung des Geräts erzeugen und beispielsweise auf dem Bildschirm 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 deutlich sichtbar im Bereich eines nicht von einem Bildanzeigebereich des Bildschirms 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 Anzeigebereich 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 Strahlengang) 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 verschmutzt und somit verdeckt sein.
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Die
US 2015/0220058 A1 zeigt eine Schutzhülle mit einer holografischen Anordnung, wobei diese Anordnung ein holografisch optisches Lichteingangselement aufweist, das zur Hologrammerzeugung mit einem Bildschirm eines Endgeräts gekoppelt ist.
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In der der
WO 2018/206555 A1 ist ein versiegeltes holografisches Medium beschrieben, das eine Schutzfolie sowie eine ein Hologramm enthaltende Schicht umfasst.
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Die
DE 38 40 262 A1 zeigt ein transparentes Wandelement mit einer Beschichtung. Das Wandelement ist als transparentes Bekleidungsteil für eine opake Außenwand sowie geneigt horizontale Bauteile, wie Dächer und Decken, eines Gebäudes, ausgelegt. Das transparente Wandelement weist eine Beschichtung auf, die ein holografisches Beugungsgitter aufweist. Hierdurch wird erreicht, dass auf das Wandelement fallendes Licht von dem Wandelement abgelenkt oder reflektiert wird. Hierdurch kann beispielsweise einfallendes Licht tiefer in einen Raum des Gebäudes eingeleitet oder horizontal einfallendes Licht verstärkt in einen oberen Bereich eines Raums des Gebäudes gelenkt werden.
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Die
US 2018/0150674 A1 zeigt eine flache Anzeigeeinrichtung, in die ein Bildsensor integriert ist. Die Anzeigeeinrichtung umfasst einen Lichtleiter mit einem Einkoppelbereich und einem Auskoppelbereich für Licht, wobei der Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich jeweils holografische Muster aufweisen.
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Die
DE 10 2013 214 157 A1 und die
EP 2 733 854 A2 zeigen jeweils eine Schutzvorrichtung für ein Display mit einer Schutzfolie und ein Verfahren zum Aufbringen der Schutzfolie auf dem Display.
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In der wissenschaftlichen Veröffentlichung „Diffractive Optical Elements with a Large Angle of Operation Recorded in Acrylamide Based Photopolymer on Flexible Substrates“ (H. Akbari, I. Naydenova, L. Persechini, S. M. Garner, P. Cimo und S. Martin, International Journal of Polymer Science, 2014) ist ein holografisches Gerät beschrieben, bei dem mehrere Schichten von hocheffizienten optischen Elementen aufeinander angeordnet werden, sodass Licht aus einem großen Wellenlängenbereich gesammelt und fokussiert werden kann. Derartige Schichten können auf einer flexiblen Glasplatte angeordnet sein.
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Aus dem Stand der Technik sind optische Beugungsgitter bekannt, die holographisch hergestellt werden und daher als holografische Gitter bezeichnet werden. Diesbezüglich ist aus der wissenschaftlichen Veröffentlichung „Volume-phase holographic gratings and their potential for astronomical applications“ (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 holografischen Gitters auf Licht. Denn Licht mit einer Wellenlänge, die deutlich außerhalb 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 Gitterstrukturen ist es somit beispielsweise möglich, dass Licht mit zwei verschiedenen Wellenlängenbereichen in jeweils demselben Winkel gebeugt wird. Außerdem kann durch ein holografisches Gitter beispielsweise Licht mit verschiedenen Wellenlängen in verschiedene Lichtwege aufgeteilt werden, sodass mithilfe eines holografischen Gitters ein dispersiver Strahlteiler realisiert werden kann.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels der eine großflächige fotographische und/oder videobasierte Erfassungsvorrichtung für ein Gerät bereitgestellt wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.
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Die erfindungsgemäße Deckfolie ist dafür ausgelegt, auf einem Bildschirm eines Geräts positioniert zu werden. Die Deckfolie ist daher transparent ausgebildet und weist zudem eine Form oder Außenabmessung auf, die an eine Form oder Außenabmessung einer Oberfläche des Bildschirms angepasst ist oder auf diese zugeschnitten werden kann. Bei dem Bildschirm handelt es sich beispielsweise um einen berührungssensitiven Bildschirm eines mobilen Endgeräts, wie zum Beispiel eines Smartphones. Wenn die Deckfolie auf diesem Bildschirm angeordnet ist, ist der berührungssensitive Bildschirm weiterhin durch Berührung bedienbar. Zudem ist er durch die transparente Deckfolie hindurch auch sichtbar. Der Bildschirm selbst ist in seiner Funktionsweise folglich von der auf ihm befestigten Deckfolie unbeeinflusst. Die Deckfolie weist ein Trägermedium auf. Das Trägermedium ist beispielsweise als flexible Platte oder Folie aus transparentem Kunststoff realisiert, wobei das Trägermedium Licht aus der Umgebung innerhalb der Deckfolie weiterleitet. Das Trägermedium ist somit als Lichtleiter ausgebildet, das heißt das Trägermedium stellt ein Lichtleitmedium dar. Hierbei reicht ein einlagiges Trägermedium aus, das alternativ aus einem anderen Material als Kunststoff bestehen kann, falls in dem anderen Material eine holografische Funktion abbildbar ist. Relevant ist jedoch, dass die Schicht zwischen dem Bildschirm des Geräts und einer zur Umgebung gerichteten Oberfläche der Deckfolie, das heißt das Trägermedium, Licht reflektiert, da ansonsten das Licht in ein Bildschirmglas des Bildschirms eingeleitet und in diesem unkontrolliert weitergeleitet werden würde.
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Aufgrund der Eigenschaft als Lichtleiter kann das Trägermedium Licht, das in das Trägermedium eingekoppelt ist, mittels interner Reflexion, bevorzugt Totalreflexion, an einen vorgegebenen Auskoppelbereich weiterleiten. Dort kann beispielsweise eine Bilderfassungseinrichtung angeordnet sein, die das weitergeleitete Licht, welches insbesondere aus dem Trägermedium ausgekoppelt ist, erfassen und daraus Bilddaten erzeugen oder generieren kann. 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 Bilderfassungseinrichtung ist also zum Erzeugen eines Abbilds einer Umgebung ausgelegt. Die Bilderfassungseinrichtung ist hierbei keine Komponente der Deckfolie sondern des Geräts, auf dem die Deckfolie in einer vorgesehenen Positionierungslage befestigt ist. Die Bilderfassungseinrichtung ist beispielsweise eine Kameraeinrichtung des mobilen Endgeräts, wobei ein Kamerasensor der Kameraeinrichtung auf einer Frontseite des mobilen Endgeräts, das heißt auf dessen Bildschirm, angeordnet ist, zum Beispiel in einem Randbereich der Frontseite, wobei die Deckfolie in der vorgesehenen Positionierungslage auf der Frontseite des mobilen Endgeräts befestigt ist. Die Deckfolie im Sinne der Erfindung ist also insgesamt eine Folie zum Unterstützen des Geräts, auf dem sie positioniert ist, beim Aufzeichnen statischer oder bewegter Bilder, die ein Abbild der Umgebung der Deckfolie darstellen. Somit kann das Licht vor oder an dem Bildanzeigebereich des Bildschirms eines Geräts erfasst oder abgegriffen werden.
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Zum Einkoppeln oder Auskoppeln des Lichts sind an dem Trägermedium ein Einkoppelbereich und ein Auskoppelbereich angeordnet. Das Trägermedium mit dem Einkoppelbereich und dem Auskoppelbereich ist als die Deckfolie für den Bildschirm des Geräts ausgebildet. Der Einkoppelbereich umfasst zumindest einen Teilbereich einer Oberfläche der Deckfolie. Bei eine Positionierung der Deckfolie in der bevorzugten Positionierungslage ist der Einkoppelbereich auf einer vom Bildschirm abgewandten Seite, die bevorzugt parallel zu einer Ebene des Bildschirms angeordnet ist, positioniert. Der Einkoppelbereich ist als holografisches Element mit einer ersten Ablenkstruktur ausgebildet. Eine Beschreibung einer Funktionsweise eines derartigen holografischen Elements, das häufig als optisches Gitter, das mittels holografischer Methoden hergestellt wurde, beschrieben wird, findet sich zum Beispiel in der oben zitierten wissenschaftlichen Publikation „Volume-phase holographic gratings and their potential for astronomical applications“. Der Einkoppelbereich kann daher zum Beispiel als Beugungsgitter realisiert sein. Die erste Ablenkstruktur des Einkoppelbereichs ist dazu ausgebildet, Licht, das aus der Umgebung auf die erste Ablenkstruktur fällt, in das Trägermedium einzukoppeln.
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Das Trägermedium ist dazu ausgebildet, das eingekoppelte Licht mittels interner Reflexion von dem Einkoppelbereich an den Auskoppelbereich zu übertragen. Das Licht, das aus der Umgebung auf die erste Ablenkstruktur fällt und in das Trägermedium eingekoppelt wird, wird innerhalb des Trägermediums in zick-zack-artigen Bewegungen entlang einer Richtung parallel zu einer Ebene der Oberfläche des Bildanzeigebereichs des Bildschirms geleitet. Voraussetzung hierfür ist, dass die Deckfolie in der bevorzugten Positionierungslage angeordnet ist, das heißt auf dem Bildschirm des Smartphones positioniert ist. Schließlich weist der Auskoppelbereich, der ebenfalls als holografisches Element ausgebildet ist, eine zweite Ablenkstruktur, auf, die dazu ausgebildet ist, das übertragene Licht, das auf die zweite Ablenkstruktur fällt, aus dem Trägermedium auszukoppeln. Die zweite Ablenkstruktur des Auskoppelbereichs kann beispielsweise ebenfalls als Beugungsgitter realisiert sein. Mit anderen Worten kann 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.
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Zum Erfassen des aus dem Trägermedium ausgekoppelten Lichts, liegt die Bilderfassungseinrichtung des Geräts an dem Auskoppelbereich an. Wie oben beschrieben ist die Bilderfassungseinrichtung des Geräts dazu ausgebildet, das aus dem Trägermedium ausgekoppelte Licht zu erfassen und in Form von Bilddaten bereitzustellen. Die Bilddaten sind dabei mit dem einfallenden Licht der Umgebung korreliert.
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Die Deckfolie weist an zumindest einer dem Einkoppelbereich gegenüberliegenden Seite eine Befestigungsbeschichtung auf. Mittels dieser Befestigungsbeschichtung, die beispielsweise aus einem Klebstoff hergestellt ist, kann die Deckfolie auf dem Bildschirm des Geräts befestigt werden. Die Deckfolie kann also zum Beispiel mittels der Befestigungsbeschichtung auf dem Bildschirm festgeklebt sein. Der Auskoppelbereich der Deckfolie ist nun bevorzugt in einem Teilbereich der Seite mit der Befestigungsbeschichtung angeordnet. Eine Anordnung dieses Teilbereichs auf der Deckfolie ist unter Berücksichtigung der Ausgestaltung des Bildschirms des Geräts zu wählen, und zwar derart, dass das im Auskoppelbereich aus dem Trägermedium ausgekoppelte Licht von der Bilderfassungseinrichtung des Geräts erfasst werden kann, wenn die Deckfolie in der bevorzugten Positionierungslage positioniert ist. Die Bilderfassungseinrichtung des Geräts kann als Bildsensor, beispielsweise als CCD-Sensor (Charged Coupled Device - ladungsgekoppelte Vorrichtung) oder als CMOS-Sensor (Complementary Metal Oxide Semiconductor - komplementärer Metalloxid-Halbleiter), ausgebildet sein. Bei dieser Ausgestaltung der Bilderfassungseinrichtung als Bildsensor kann das Trägermedium, an dem 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.
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Der gesamte Einkoppelbereich der Deckfolie dient also als Erfassungsbereich für das Licht, das letztendlich an die deckfolienexterne Bilderfassungseinrichtung weitergeleitet und dort als mit dem Licht korrelierte Bilddaten bereitgestellt wird. Der Einkoppelbereich bildet folglich eine Art Kamerasensor für die Bilderfassungseinrichtung des Geräts. Der Einkoppelbereich umfasst daher bevorzugt eine gesamte Seite der Deckfolie, und zwar die in der bevorzugten Positionierungslage vom Bildschirm des Geräts abgewandte Seite der Deckfolie. Es muss jedoch nicht die gesamte Fläche des Bildschirms zur Positionierung der Deckfolie genutzt werden. Es könnte nämlich sinnvoll sein, einen vorgegebenen Randabstand zu einem Bildschirm- und/oder Geräterand zu halten, damit das Gerät noch einfach ergriffen werden kann, ohne dass ein Teilbereich des Bilderfassungsbereich berührt und verdeckt wird, denn ansonsten wären beim Halten des Geräts bereits Finger „im Bild“.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Erfassungsbereich der Deckfolie die gesamte Fläche der Deckfolie umfasst. Hierdurch wird ein beispielsweise im Randbereich des Bildschirms des mobilen Endgeräts angeordneter Kamerasensor mit Licht beschienen, das auf einer Fläche, die der Oberfläche des Bildschirms entspricht, in die Deckfolie eingekoppelt wurde. Es kann also eine bereits bestehende Bilderfassungseinrichtung um die Vorteile einer flächendeckenden Lichterfassung, die mittels der beschriebenen Deckfolie möglich ist, ergänzt werden. Bei einer Aufnahme eines Selfies mit dem auf der Frontseite des mobilen Endgeräts angeordneten Kamerasensor kann ein Benutzer des mobilen Endgeräts mit der auf dem Bildschirm befestigten Deckfolie nun beispielsweise mittig auf den Bildschirm blicken, um eine frontale Aufnahme von sich zu machen, ohne direkt auf den am Rand des Bildschirms angeordneten Kamerasensor zu blicken.
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Die beschriebene Deckfolie ermöglicht insgesamt, dass der Erfassungsbereich, das heißt der Einkoppelbereich, auf dem Bildschirm des Geräts positionierbar ist, sodass letztendlich von der Bilderfassungseinrichtung des Geräts die mit dem auf dem ganzen Bereich des Bildschirms aufgetroffenen Licht korrelierten Bilddaten bereitgestellt werden. Durch die dadurch bewirkte Vergrößerung des Erfassungsbereichs auf die gesamte Fläche der Deckfolie wird außerdem eine Verdeckung oder zumindest eine Abschattung 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. Die Deckfolie ist außerdem für den Benutzer optisch unscheinbar und mit geringem Aufwand auf dem Bildschirm des Geräts mittels der Befestigungsbeschichtung befestigbar. Insgesamt ermöglicht die Deckfolie also eine großflächige Erfassungsvorrichtung für das Gerät, auf dessen Bildschirm sie befestigt ist.
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Es kann jedoch je nach Ausgestaltung des Trägermediums der Fall sein, dass nur ein Teil des Spektrums erfasst werden kann, sodass gegebenenfalls mehrere Trägermedien übereinander oder durch Multiplexing eingesetzt werden müssen, um zum Beispiel auch in Farbe Bilder mittels der Deckfolie und der Bilderfassungseinrichtung aufnehmen zu können.
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Die Erfindung sieht vor, dass zumindest eine lichtundurchlässig ausgebildete Außenkantenfläche die Deckfolie seitlich begrenzt. Die Deckfolie selbst weist also zumindest eine die Deckfolie seitlich begrenzende Außenkantenfläche auf, durch die kein Licht in das Trägermedium eingekoppelt wird. Diese Außenkantenfläche kann beispielsweise abgedunkelt sein, so dass seitlich auf die Deckfolie treffendes Streulicht nicht in das Trägermedium eingekoppelt wird und folglich kein Einfluss auf das von der Bilderfassungseinrichtung des Geräts übermittelte Licht hat. Hierfür kann beispielsweise ein lichtundurchlässiger Lack auf die zumindest eine Außenkantenfläche der Deckfolie aufgetragen sein. Diese Wahl der Außenkantenbeschichtung ermöglicht somit eine Erhöhung einer Bildqualität einer Abbildung der Umgebung der Deckfolie mittels der Bilderfassungseinrichtung des Geräts, auf dem die Deckfolie in der bevorzugten Positionierungslage angeordnet ist, verglichen mit einer Bildqualität die erreicht werden würde, wenn seitliches Streulicht in die Deckfolie eingekoppelt werden könnte.
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Zu der Erfindung gehören auch Ausgestaltungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine Ausgestaltungsform sieht vor, dass der Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich als Ablenkstruktur zumindest ein optisches Gitter, insbesondere ein holografisches Oberflächengitter oder ein holografisches Volumengitter, aufweisen. In diesem Zusammenhang kann die Deckfolie auch als Holo-Cam, kurz für holografische Kamera, bezeichnet werden.
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Ein optisches Gitter, auch Beugungsgitter genannt, sowie dessen Wirkungsweise 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 abschnittsweise periodischen Strukturen, einer sogenannten Gitterstruktur, in einem Substrat beruhen. Mittels einer solchen Gitterstruktur kann ein optisches Gitter durch den physikalischen Effekt der Beugung eine Lichtlenkung, wie sie zum Beispiel von Spiegeln, Linsen oder Prismen bekannt ist, herbeiführen. Fällt Licht, das heißt fallen Lichtstrahlen auf das optische Gitter, wobei 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 Ablenkstruktur des Einkoppelbereichs oder Auskoppelbereichs kann dementsprechend auch als Beugungsstruktur bezeichnet werden.
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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 Einfallsrichtung, 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 Einfallsrichtung oder Optimaleinfallsrichtung abweicht, kann folglich vorzugsweise ungehindert durch das Substrat mit dem optischen Gitter propagieren.
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Zusätzlich oder alternativ kann ein optisches Gitter noch wellenlängenselektiv oder frequenzselektiv ausgebildet sein. Somit kann nur Licht, insbesondere ein erster Anteil des Lichts mit einer vorbestimmten Wellenlänge von dem optischen Gitter in einem bestimmten Beugungswinkel abgelenkt oder gebeugt werden. Licht, insbesondere ein zweiter Anteil des Lichts mit einer anderen als der vorbestimmten Wellenlänge wird vorzugsweise nicht abgelenkt, oder umso weniger je größer der Unterschied zur vorbestimmten Wellenlänge ist. Der zweite Lichtanteil, welcher von der vorbestimmten Wellenlänge oder Optimalwellenlänge abweicht, kann folglich vorzugsweise ungehindert 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 werden. 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.
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Eine Herstellung eines optischen Gitters kann insbesondere mittels Belichtung 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 Oberflächengitter (surface holografic gratings, kurz: SHG) und holografische Volumengitter (volume holografic gratings, kurz: VHG). Bei einem holografischen Oberflächengitter kann die Gitterstruktur durch optisches Verformen einer Oberflächenstruktur des Substrats erzeugt werden. Durch die veränderte Oberflächenstruktur kann auftreffendes Licht abgelenkt, zum Beispiel reflektiert werden. Beispiele für holografische Oberflächengitter sind sogenannte Sägezahn- oder Blazegitter. Im Gegensatz dazu kann die Gitterstruktur 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 frequenzselektiv. Es sind jedoch auch optische Gitter bekannt die polychromatisches Licht beugen können. Diese werden als holografische Mehrfachvolumengitter (multiplexed volume holografic gratings, kurz: MVHG) bezeichnet und können beispielsweise durch Verändern der Periodizität der Gitterstruktur eines optischen Gitters oder durch Anordnen mehrerer holografisches Volumengitter hintereinander hergestellt werden.
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Als Material für das besagte Substrat zum Einarbeiten eines optischen Gitters 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.
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Durch die beschriebene Ausbildung des Einkoppelbereichs und des Auskoppelbereichs wird daher das Beugen des auf den Einkoppelbereich fallenden Lichts zur beispielsweise unterhalb der Deckfolie angeordneten Bilderfassungseinrichtung des Geräts möglich, wenn die Deckfolie in der bevorzugten Positionierungslage auf dem Bildschirm des Geräts befestigt ist.
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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.
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Im ersten Fall können der Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich somit beispielsweise direkt in eine Oberflächenstruktur des Trägermediums eingearbeitet sein. Das heißt, die Ablenkstruktur kann beispielsweise in die Oberfläche des Trägermediums 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 Auskoppelbereich beispielsweise wenigstens ein erstes Element bilden und das Trägermedium 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 Einkoppelbereich und der Auskoppelbereich in unterschiedlichen Abschnitten einer holografischen Folie ausgebildet sein. Zum Befestigen der Folie an dem Trägermedium kann die Folie 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 Deckfolie ist somit auf verschiedene Arten und insbesondere kostengünstig herstellbar.
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In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Deckplatte mittels der Befestigungsbeschichtung als Adhäsionsfolie oder als Klebefolie ausgebildet ist. Zum Befestigen der Deckfolie auf dem Bildschirm des Geräts kann die Deckfolie also an den Bildschirm angeklebt sein. Alternativ dazu kann die Deckfolie eine Adhäsionsfolie sein und direkt, das heißt ohne Klebstoff, durch molekulare Kräfte an der Oberfläche des Bildschirms des Geräts haften. Die Befestigungsbeschichtung ist also auf verschiedene Arten realisierbar und kann kostengünstig hergestellt und auf dem Trägermedium mit dem Einkoppelbereich und dem Auskoppelbereich angeordnet werden. Außerdem wird durch diese Wahl der Befestigungsbeschichtung erreicht, das diese fest auf dem Bildschirm des Geräts befestigt werden kann.
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Die Deckfolie ist außerdem bevorzugt biegbar ausgebildet. Die Deckfolie kann also zerstörungsfrei verformt werden, wobei das zerstörungsfreie Verformen bei einem Verbiegen der Deckfolie um einen Biegeradius von kleiner als 2 Zentimetern der Fall ist. Die Deckfolie kann somit beispielsweise Randbereiche aufweisen, in denen die Deckfolie um einen Winkel von beispielsweise 90 Grad abgeknickt ist, falls der Bildschirm des Geräts, auf dem die Deckfolie befestigt ist, derart abgeknickt ist. Über die abgeknickten Randbereichen kann sich beispielsweise ebenfalls der Einkoppelbereich erstrecken, sodass dort einfallendes Licht zur Bilderfassungseinrichtung des Geräts geleitet und folglich abgebildet wird. Hierdurch ist die Deckfolien beispielsweise für ein elektrisches Gerät geeignet, das einen entsprechend gebogen geformten Bildschirm aufweist, wobei der Einkoppelbereich derart positionierbar ist, dass aus mehreren Perspektiven, beispielsweise von mehreren Seiten des Geräts aus, Bilder aufgenommen werden können. Hierdurch ist die Deckfolie kompatibel für verschiedenartig ausgebildete Bildschirme ausgebildet.
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Die Deckfolie ist außerdem bevorzugt dazu ausgelegt, den Bildschirm, auf dem sie befestigt ist, beispielsweise vor Kratzern oder einer Stoßbelastung zu schützen. Die Deckfolie ist also nicht nur dazu ausgelegt, den Bildschirm des Geräts zu bedecken, um als Ergänzung einer Bilderfassungseinrichtung des Geräts zu dienen, sondern dient auch zum Schutz des Bildschirms an sich. Hierfür ist zumindest die Oberfläche der Deckfolie auf der der Befestigungsbeschichtung gegenüberliegenden Seite aus einem kratzfesten Oberflächenmaterial oder Lack hergestellt. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auf dem Trägermedium das kratzfeste Oberflächenmaterial oder der kratzfeste Lack angebracht werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Deckfolie auf der Seite des Einkoppelbereichs zumindest einen Teilbereich umfasst, der einen vorgegebenen Aufdruck aufweist. Dieser Teilbereich weist beispielsweise eine Fläche auf, die kleiner als zehn Prozent einer gesamten Fläche der Deckfolie umfasst. Beispielsweise kann der Teilbereich derart gewählt sein, dass dieser an einem Randbereich der Deckfolie angeordnet ist, und zwar in dem Randbereich, der in der bevorzugten Positionierungslage auf dem Bildschirm des Geräts auf dem Kamerasensor des Geräts, das heißt auf der Bilderfassungseinrichtung des Geräts, angeordnet ist. Falls es sich bei dem Gerät um das mobile Endgerät handelt, kann also der auf dem Bildschirm des mobilen Endgeräts angeordnete Kamerasensor mittels der Deckfolie blickdicht verdeckt werden, indem der vorgegebene Aufdruck auf dem entsprechenden Teilbereich angeordnet wird. In dem vorgegebenen Aufdruck können jedoch eine oder mehrere Öffnungen, beispielsweise für Sensoreinheiten, wie einen Entfernungsmesssensor und/oder ein Mikrofon, vorgesehen sein.
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Durch den Aufdruck wird eine Bilderfassungsmöglichkeit mittels des Geräts für den Benutzer scheinbar optisch unsichtbar, da dieser keine Öffnung des Kamerasensors, wie es bei herkömmlichen mobilen Endgeräten der Fall ist, erblickt, aber dennoch die Umgebung des Bildschirms des Geräts mittels der Lichtaufnahmefunktionalität der Deckfolie erfassbar ist. Der Aufdruck kann hierbei beliebig gestaltet sein und beispielweise ein florales und/oder geometrisches Motiv darstellen, je nach ästhetischem Geschmack des Benutzers. Mittels des Aufdrucks kann also eine personifizierte Gestaltung des Bildschirms des Geräts erreicht werden.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Anzeigesystem, das die oben beschriebene Deckfolie sowie ein Gerät mit einem Bildschirm umfasst. Die Deckfolie ist mittels der Befestigungsbeschichtung auf dem Bildschirm des Geräts befestigt. Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Deckfolie vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Anzeigesystem. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Anzeigesystems hier nicht noch einmal beschrieben. Die Deckfolie ist hierbei bevorzugt in der oben beschriebenen bevorzugten Positionierungslage auf dem Bildschirm des Geräts angeordnet.
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Bei dem Gerät des Anzeigesystems handelt es sich beispielsweise um ein mobiles Endgerät, wie beispielsweise ein Smartphone, ein Tablet, ein Fernsehgerät oder einen Computerbildschirm. Die Deckfolie ist hierbei auf dem Bildschirm des Geräts positioniert. Die Deckfolie dient nun beispielsweise als Schutzfolie für den Bildanzeigebereich dieses Bildschirms des Geräts und umfasst auf einer dem Bildschirm abgewandten Oberfläche der Deckfolie den Einkoppelbereich und auf der dem Bildschirm zugewandten Oberfläche den Auskoppelbereich. Folglich wird bevorzugt über die gesamte Oberfläche der Deckfolie, die auf dem Bildschirm angeordnet ist, Licht in die Deckfolie eingekoppelt, so dass der Erfassungsbereich der Deckfolie die gesamte Bildschirmfläche umfasst.
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In einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Anzeigesystems umfasst das Gerät eine Kameraeinrichtung. Das Gerät weist also eine Bilderfassungseinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, das von der Deckfolie ausgekoppelte Licht zu erfassen und in Form von Bilddaten, die mit dem erfassten Licht korrelieren, bereitzustellen. Diese Kameraeinrichtung des Geräts umfasst zumindest einen Kamerasensor, der in einem Randbereich des Bildschirms des Geräts angeordnet ist. Die Kameraeinrichtung ist dazu ausgelegt, das aus dem Auskoppelbereich ausgekoppelte Licht zu erfassen und in Form von Bilddaten, die mit dem erfassten Licht korrelieren, bereitzustellen. Die Deckfolie des Anzeigesystems ermöglicht, wie oben beschrieben, die Aufnahme von Licht aus der Umgebung des Geräts, wobei eine eigentliche Auswertung des in die Deckfolie eingekoppelten, durch diese übertragene und wieder aus dieser ausgekoppelten Lichts mittels der Kameraeinrichtung des Geräts, das heißt beispielsweise mittels der Kameraeinrichtung eines Smartphones, erfolgt. Eine schlagfeste Trägerfolie des Geräts, die beispielsweise aus robustem und schwer zerstörbarem Schutzglas, das häufig als „Gorilla-Gas“ bezeichnet wird, hergestellt ist, wird also mit der an das jeweilige Smartphone angepassten Deckfolie bestückt, wodurch letztendlich Bildaufnahmen mit erhöhter Qualität und erhöhtem Erfassungsbereich ermöglicht werden. Mithilfe des Anzeigesystems kann folglich eine Kamerafunktion des Geräts verbessert werden hinsichtlich einer Größe ihres Aufnahmebereichs.
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Des Weiteren ist es in einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Anzeigesystems vorgesehen, dass die Kameraeinrichtung dazu ausgelegt ist, eine Korrektur der bereitgestellten Bilddaten mittels einer Methode des maschinellen Lernens durchzuführen. Als Methode des maschinellen Lernens kann beispielsweise eine Methode der künstlichen Intelligenz, wie beispielsweise eine Anwendung eines künstlichen neuronalen Netzwerkes auf die Bilddaten, vorgesehen sein. Hierbei kann beispielsweise eine Bildverarbeitung und/oder eine Bildbearbeitung auf Basis der Bilddaten durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine Bildqualität, wie beispielsweise eine Schärfe von Kanten eines abgebildeten Objekts in der Umgebung des Anzeigesystems, schärfer als bisher dargestellt werden, da eine bisherige Unschärfe der Kanten bei der beschriebenen Auswertung mit Hilfe der Methode des maschinellen Lernens erkannt und daraufhin korrigiert wird. Letztendlich werden diese Schritte in einer Auswerteeinheit des Geräts durchgeführt, wie beispielsweise einer Auswerteeinheit der Kameraeinrichtung. Des Weiteren können durch Anwenden der Methoden des maschinellen Lernens beispielsweise Objekte in der Umgebung des Anzeigesystems erkannt werden. Der Vorteil des Anwendens der Methode des maschinellen Lernens ist, dass hiermit besonders schnell, das heißt in einer kurzen Zeitdauer, gewünschte Bildverbesserungsmaßnahmen auf die Bilddaten angewandt werden können, um letztendlich eine Abbildung von gewünschter Qualität von der Umgebung des Anzeigesystems beispielsweise auf dem Bildschirm des Geräts anzeigen zu können.
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Die Auswerteeinheit weist eine Prozessoreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, die beschriebene Korrektur der bereitgestellten Bilddaten mittels der Methode des maschinellen Lernens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die beschriebene Korrektur der bereitgestellten Bilddaten mittels der Methode des maschinellen Lernens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Deckfolie für einen Bildschirm eines Geräts; und
- 2 eine schematische Darstellung eines Smartphones, auf dem eine Deckfolie positioniert ist.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen 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 beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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In 1 ist eine Deckfolie 10 skizziert, die ein Trägermedium 12 aufweist. Das Trägermedium 12 ist als Lichtleiter ausgebildet, an dem ein Einkoppelbereich 16 und ein Auskoppelbereich 18 angeordnet sind. Der Einkoppelbereich 16 ist als holografisches Element 14 mit einer ersten Ablenkstruktur 20 ausgebildet. Die erste Ablenkstruktur 20 ist dazu ausgelegt, Licht 100, das aus einer Umgebung auf die erste Ablenkstruktur 20 fällt, in das Trägermedium 12 einzukoppeln. 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 holografisches Element 14 mit einer zweiten Ablenkstruktur 22 ausgebildet, die dazu ausgelegt ist, das übertragene Licht 100, das auf die zweite Ablenkstruktur 22 fällt, aus dem Trägermedium 12 auszukoppeln. Die Deckfolie 10 weist an der den Einkoppelbereich 16 gegenüberliegenden Seite eine Befestigungsbeschichtung 24 auf, mit der die Deckfolie 10 auf einem Bildschirm 32 eines Geräts 31 befestigbar ist (dargestellt mit dem Bezugszeichen 31 beziehungsweise dem Bezugszeichen 32 in 2). Die Befestigungsbeschichtung 24 bewirkt, dass die Deckfolie 10 als Adhäsionsfolie oder als Klebefolie ausgestaltet ist.
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Der Einkoppelbereich 16 und der Auskoppelbereich 18 weisen als Ablenkstruktur 20, 22 zumindest ein optisches Gitter, insbesondere ein holografisches Volumengitter oder ein holografisches Oberflächengitter, auf. Der Einkoppelbereich 16 und der Auskoppelbereich 18 sind hierbei einstückig mit dem Trägermedium 12 ausgebildet. Alternativ dazu kann das Trägermedium 12 als separates Element zu dem Einkoppelbereich 16 und dem Auskoppelbereich 18 ausgebildet sein.
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In 2 ist ein Anzeigesystem 30 skizziert, das die bereits in 1 gezeigte Deckfolie 10 sowie das Gerät 31 umfasst. Bei dem Gerät 31 handelt es sich in diesem Beispiel um ein mobilen Endgerät, und zwar um ein Smartphone. Das Gerät 31 umfasst dabei den Bildschirm 32, der als berührungssensitiver Bildschirm 32 ausgebildet ist, sowie einen auf dem Bildschirm 32 angeordneten Kamerasensor 34. Der Kamerasensor 34 wird von einer Kameraeinrichtung des Geräts 31 umfasst, wobei diese Kameraeinrichtung, die insbesondere eine Auswerteeinheit umfasst, nicht in 2 skizziert ist.
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In 2 ist die Deckfolie 10 derart skizziert, dass diese nicht vollständig auf dem Bildschirm 32 befestigt ist, sondern in einem Teilabschnitt noch von dem Bildschirm 32 absteht. Hierbei wird deutlich, dass sich die Deckfolie 10 in ihrer endgültigen bevorzugten Positionierungslage über den gesamten Bildschirm 32 erstreckt und folglich auch den Kamerasensor 34 bedeckt. Auf der Seite des Einkoppelbereichs 16, der auf der gegenüberliegenden Seite der Befestigungsbeschichtung 24 angeordnet ist, weist die Deckfolie 10 einen Teilbereich 28 mit einem vorgegebenen Aufdruck 29 auf. In diesem Beispiel ist ein florales Motiv auf dem Teilbereich 28 aufgedruckt. Bei dem vorgegebenen Aufdruck 29 kann es sich jedoch alternativ dazu um einen Aufdruck 29 mit einem beliebigen Motiv, zum Beispiel einem geometrischen Motiv, handeln.
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Außerdem weist die Deckfolie 10 eine lichtundurchlässig ausgebildete Außenkantenfläche 26 auf, die die Deckfolie 10 seitlich begrenzt. Die Außenkantenflächen 26 der Deckfolie 10 sind also beispielsweise entsprechend lackiert beziehungsweise abgeschwärzt, so dass kein Streulicht seitlich in die Deckfolie 10 eindringen kann.
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Der Auskoppelbereich 18 ist auf der unteren Seite der Deckfolie 10, das heißt auf der Seite der Befestigungsbeschichtung 24, positioniert, sodass das aus dem Auskoppelbereich 18 ausgekoppelte Licht 100 von dem Kamerasensor 34 erfasst und von der Kameraeinrichtung des Geräts 31 in Form von Bilddaten, die mit dem erfassten Licht 100 korrelieren, bereitgestellt werden kann. Die bereits genannte Auswerteeinheit der Kameraeinrichtung ist dazu ausgelegt, eine Korrektur der bereitgestellten Bilddaten mittels einer Methode des maschinellen Lernens, beispielsweise mittels Anwenden eines künstlich neuronalen Netzwerks, durchzuführen.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie mit der Erfindung eine Display-Schutzfolie mit integriertem holografischen optischen Element (HOE) bereitgestellt werden kann. Die Display-Schutzfolie ist also eine Deckfolie 10 für den Bildschirm 32 des Geräts 31. Es ist also ein HOE vorgesehen, das durch statische Aufladung oder einen Kleber an der glatten Oberfläche des Bildschirms 32 des Geräts 31 haftet und dieses außerdem gegebenenfalls vor Stoßbelastungen schützt, beispielsweise indem die Deckfolie 10 eine kratzfeste Oberfläche aus einem kratzfesten Oberflächenmaterial ausweist.
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Durch die beschriebene nachträgliche Applikationsmöglichkeit lassen sich bereits bestehende Kameraeinrichtungen von Geräten 31 durch die Vorteile eines HOE kombinieren, wie beispielsweise den Vorteil, dass der Benutzer, ohne den Blick von dem Bildschirm 32 abwenden zu müssen, direkt in den Kamerasensor 34 blicken kann, da die gesamte Oberfläche der Deckfolie 10 als Einkoppelbereich 16 für Licht 100 ausgebildet ist. Es wird also ein deutlich größerer Aufnahmebereich für die Kameraeinrichtung des Geräts 31 bereitgestellt, als es bei einer herkömmlichen Kameraeinrichtung mittels des Kamerasensors 34 möglich wäre. Ein Einsatzbereich von HOE kann somit auf bereits bestehende Geräte 31 ausgeweitet werden. Hier wird nun eine schlagfeste Trägerfolie des Bildschirms 32 des Geräts 31 mit der an das Gerät 31 angepassten Deckfolie 10 verklebt. Die Verbindung erfolgt über Kleben oder durch statische Aufladung. Zur Erhöhung der Bildqualität können mehrere Maßnahmen getroffen werden, wie beispielsweise das Ablackieren der Außenkantenfläche 26, das Verdecken des bestehenden Kamerasensors 34 mittels des Aufdrucks 29 sowie die Bildverbesserung durch Anwenden der Methoden des maschinellen Lernens.
