ModerniOptiikka. InFotonics Center Joensuu

Transkriptio

1 ModerniOptiikka InFotonics Center Joensuu

2 Joensuun Tiedepuistossa sijaitseva InFotonics Center on fotoniikan ja informaatioteknologian yhdistävä kansainvälisen tason tutkimus- ja yrityspalvelukeskus. Osaamisen terävin kärki sijoittuu aalto-optiseen teknologiaan sekä spektriseen väritutkimukseen, joiden alueilla InFotonics Center toimii maailman johtavana tutkimuskeskuksena. Keskuksen tehtävänä on luoda tiivis yhteistyöverkosto alan parhaiden ja tuottavimpien laboratorioiden kanssa sekä toimia siltana yliopiston perustutkimuksen ja tutkimustuloksia hyödyntävän teollisuuden välillä. Aalto-optinen teknologia Diffraktiivisen optiikan sovellukset Diffraktiivisten komponenttien valmistusteknologia Moderni optinen mittaustekniikka Optiset sensorit Spektrinen väritutkimus Tarkka värimittaus Spektritiedon ja -kuvankäsittely Spektrikuvien tiivistysmenetelmät Spektrikuvantamisen ja käsittelyn uudet menetelmät Palveluja korkeanteknologian yrityksille Tutkimusprojektit teollisuuden kanssa Mittauspalvelut Toteutettavuusanalyysi Tuotteistaminen Tutkimus- ja suunnittelutyössä työskennellään nanometreissä mitattavien yksityiskohtien kanssa. Yksi nanometri on millimetrin miljoonasosa.

3 InFotonics Center palvelee useita eri toimialoja Paperi- ja painoteollisuus Lääketiede Näyttöteollisuus Elintarviketeollisuus Puolustusvälineteollisuus Ilmailu- ja avaruusteollisuus Mobiiliteollisuus Mittalaiteteollisuus Optinen tietoliikenne Kosmetiikkateollisuus Turvallisuusteknologia Kulttuurihistoriallinen dokumentointi Sovelluksia: Aalto-optinen teknologia Säteenjakajat ja -muokkaajat Aaltojohteet Näyttöjen valaisu Optisen tietoliikenteen komponentit Tulevaisuuden sensoriteknologia Turvamerkinnät Heijastamattomat pintarakenteet Dekoratiiviset rakenteet Spektrinen väritutkimus Konenäkö, hahmontunnistussovellukset, neurolaskenta, luokittelu Teollinen laadunvalvonta Näyttölaitteiden värikalibrointi (esim. e-kauppa) Spektrimittalaitteiden ohjelmistot Kulttuuri-historiallisten kohteiden värimittaus Fluoresoivien materiaalien spektrimittaus Hakumenetelmät spektrikuvatietokannoissa Etälääketieteen sovellukset (esim. ihonväri) Elektroniset museot (digitaalinen arkistointi) Ympäristön monitorointi Digitaalinen värikuvien vesileimaus

4 Aalto-optinen teknologia Aalto-optisen teknologian lähtökohtana on valon aaltoluonne. Tarkka sähkömagneettisen kentän hallinta mahdollistaa monimutkaisten optisten komponenttien valmistamisen mitä erilaisimpiin sovelluksiin. Tyypillisiä esimerkkejä valon kulun hallinnasta mikro- ja nanorakenteilla ovat lasersäteen muokkaaminen, jakaminen tai suuntaaminen. InFotonics Centerin Aalto-optisen osaston palveluprosessi ASIAKAS idea ongelma tarve TOTEUTETTA- VUUSANALYYSI valmistettavuus kustannustehokkuus SUUNNITTELU simulointi optimointi VALMISTUS litografisesti KARAKTERI- SOINTI SEM AFM PROTOTYYPIN VALMISTUS yhteistyössä asiakkaan kanssa testaus MASSAVALMISTUS Aalto-optisen osaston palveluprosessi ulottuu toteutettavuusanalyysistä protoelementin valmistukseen ja testaukseen. Työn lähtökohtana voi olla asiakkaan määrittelemä optinen toiminto tai mittauspalvelu. Toimintaympäristönä puhdastilat: Mikro- ja nanorakenteita tuotettaessa puhutaan mittakaavasta, jossa pölyhiukkanenkin on jättiläinen. Työskentely on mahdollista vain tilassa, jossa ilma on äärimmäisen puhdasta. InFotonics Centerin käytössä on puhdastiloja tällä hetkellä yli 200 m 2. Mikro- tai nanorakenteella voidaan tuottaa valonlähteelle halutunlainen optinen toiminto. Nanokokoluokan tuomat edut: Mikro- ja nanorakenteiden avulla kyetään muokkaamaan valon kulkua. Yhdellä elementillä voidaan toteuttaa useita optisia funktioita. Elementtien pieni koko ja keveys mahdollistavat tehokkaan optiikan pakkaamisen. Minimaalisten, valon aallonpituutta pienempien yksityiskohtien avulla pystytään mm. lisäämään tuoteturvallisuutta. Elektronisädemikroskoopilla (SEM) otetut kuvat binäärisestä, monitasoisesta ja jatkuvasta hilarakenteesta. Mikrorakenteilla tuotettu visuaalinen efekti. Puhdastilaympäristöön on sijoitettu Elektronisädekirjoitin Leica LION LVI Sputteri Reaktiivisia ionietsauslaitteistoja Fotoresistispinneri Elektrolyysilaitteisto Kontaktikopiointilaite Elektronimikroskooppi (SEM) Atomivoimamikroskooppi (AFM) Profilometri Ellipsometri Interferometrinen UV-laservalotin

5 Spektriväritutkimus Väri on subjektiivinen aistimus aivoissa, eikä näin ole suoraan mitattavissa. Silmään saapuva signaali voidaan määrittää tarkasti sähkömagneettisen spektrin avulla. Kun tiedetään ihmisen näkevän värejä kolmentyyppisten näkösolujen avulla, voidaan silmä mallintaa 3-ulotteiseksi värikoordinaattiesitykseksi, joita ovat esim. RGB, CIE xyy, CIE Lab. Värisignaali Kohteen värin muodostavat kolme perustekijää: valaisu, heijastus tai läpäisy sekä havaitsija. 3-komponenttiesityksessä väri on edellisten tulo, joten yhden tekijän muutos muuttaa myös väriä. Samaan aistimukseen voidaan kuitenkin päästä erilaisilla 3-komponenttiarvoilla. Näin ollen tarkkaan värihallintaan tarvitaan laajempaa spektritietoa. Spektrinen lähestymistapa ja sen edut Spektri on aallonpituuden funktiona mitattu säteilyn määrä. RGB-kuvaa moniulotteisemmassa esityksessä hallitaan mm. valaistuksen muutokset ja kuva voidaan sovittaa samannäköiseksi eri näyttölaitteille. Spektriesitys voidaan muuntaa myös muihin kuin standardivärikoordinaatistoesityksiin. Lisäksi menetelmiä on mahdollista soveltaa näkyvän valon ulkopuolella (UV ja IR). Ihmiselle näkyvä valo sijaitsee UV- ja IR -aallonpituuksien välissä. Kuvassa prisma jakaa valkoisen valon spektriksi. Spektritiedon käsittely Spektrimittauksista saatua tietoa käsitellään laskennallisesti mm. seuraavilla menetelmillä: PCA (Principal Component Analysis) ICA (Independent Component Analysis) ALSM (Average Learning Subspace Method) SOM (Self-Organizing Map) Kohteen tarkin väriesitys saadaan aikaan mittaamalla kohteesta tulevan sähkömagneettisen säteilyn spektri. Mittalaitteita ja materiaalia Spektrofotometrejä Spektrikamera Spektroradiometri Spektrogoniometri Luminesenssispektrometri Kromametrejä UV-mittari Valokaappi UV-lamppuja Standardivalonlähteitä Väristandardeja ja näytteitä Värinäkötesti Värisuotimia Esimerkki spektrikuvan PCA-analyysin laskevasta ohjelmistosta ja värispektristä. Kuvassa keskellä digitaalikameralla otettu kuva. Kuvan vasemmalla puolella R, G ja B komponentit ja oikealla puolella spektrikuvan komponentteja 50 nanometrin välein aallonpituuksilla nm.

6 InFotonics Center Joensuu Joensuun yliopisto PL Joensuu puhelin +358 (0) fax +358 (0)