the evaluation for image qualities of displays

Conference 2007 of Measurement Club

2007. 9. 14.2007. 9. 14.

The Evaluation for Image Qualities of Displays

Kim ChangKim Chang--SoonSoon

화질평가의 분류

(1) 압축재생화질평가 : 원영상과의 차이에 주목

(2) 일반적인 화질평가 : 관측자의 인지/심리적인 평가

(3) 정보가 중시되는 영상에서의 화질평가

화질평가의 의미

(1) 소비자들의 평가구조 파악

(2) Display 성능의 개선방향 도출

(3) 광학적인 성능과 직관적인 평가의 상관관계 파악

화질평가의 고전 : GOG 이론

(1) Gamut

(2) Offset

(3) Gamma

디바이스의 성능과 관련된화질평가 요소

(1) Viewing angle

(2) Uniformity (Mura)

(3) Respond time

Mobile display와 관련된화질평가 요소

(1) 관측환경의 다양화

(2) 주간 contrast

(3) Haze

OLED 와 LCD의 화질비교

Scoring Map

Evaluation Scales for Image Qualities

Naturalness : degree of correspondence between thevisual and the memory reproduction

Usefulness : the discriminability of items in the image

Fidelity : the degree of apparent match of the reproduced image with the external reference

Virtual reality

Advertisement

Medical images

Mars images

Fine art

Holiday pictures

Image Quality : a subjective impression of how an imageis rendered or reproduced

Sergej Yendrikhovskij

Image dependence

Graininess

Michelson contrast :relationship between the darkest and brightest element in an image

Stevens effect & Bartleson-Brenemanequations : The Perception of contrast changes

as a function of both overall luminanceand the luminance of surround

Simultaneous contrast also indicates that the color of the backgroundalso influences the perception of contrast.

Image dependence

Image dependence

Sharpness : The integrated weight of MTF of an image

Evaluation Indexfor Image Quality

Which display has the better image quality ?

They only say about the physical parameters.

Why we need EI-IQ ?

The evaluation of image quality also help the makers

Why we need EI-IQ ?

It gives the direction of development

The evaluation of image quality should be differentby the purpose of the display

What are the problems for IQ Evaluation?

The evaluation of image quality can be differentby the contents of the image.

The evaluation of image quality can be differentby the observer.

So, it’s impossible to evaluate image quality ! ... ?

Images are evaluated by human.

…. not by the physical parameters.

How can we evaluate the IQ ?

Customer ImageQuality Rating

Image-QualityModels

CustomerPerceptions

Visual Algorithms Physical Image

Parameters

System/Image Models

TechnologyVariablesThe Image

QualityCircle


We need 3 models

Visual algorithm

Image - quality model

System - image model


Ex: change of the LCD back-light increase the display gamut.

Diffuse plate increase the uniformity.

1. System - image model

Correlation of the technology to physical parameters


Ex: increase of the display gamut affect the brightness.

increase of the display uniformity can be cause of clearness and sharpness.

2. Visual algorithm

Correlation of the physical parameters to the human perception


Declare the image quality in one numerical scale.

3. Image - quality model

The evaluation structure of the human perception

....)()()( 332211 +++= kfakfakfaIQ


We need 3 models

What we should do for the EI-IQ ?

Visual Algorithm

Evaluation model of the Image quality

System - image model Measurement of the physical parameters

2

Psycho-physical studies

Can be different by the image kinds

Evaluation structure can be investigated by statistical methods

Appearance

Physical parameter

Evaluation Scoring(EI-IQ)

Physical parameter

Physical parameter

factor of evaluation



Image Quality Model

Visual Algorithms

Physical parameter

Declare the image quality in one numerical scale.

Discussion

ISO or IEC Standards

for the Evaluation Index of Image Qualities

SID ICDM

International Committee for Display Metrology

Society for Information Display

VESA FPDM

Discussion

Thanks for your Attention

Introduction of FPD

Introduction of BLU

Measurement of LCD & BLU

Introduction of Current Issue

Conclusion

Introduction of FPD

FPD 란 ?- 화면의 평탄도와 함께, 그 두께가 대각선 길이의 ¼을 넘지 않는 디스플레이!!

대표적 FPD

- LCD 와 PDP의 Market Share를 높이기 위한 치열한 경쟁 !!

<Note PC> <Monitor> <TV> <Car Use> <Aerospace>

ShipmentPerformance

<from Displaybank>

응

용

사

례

Introduction of BLU

Back Light Unit ?

- 자체 발광 능력이 없는 LC Panel 후면에 위치하여 면광원 역할을 하는 광원장치!!

구성

<개략도>

LAMP Diffuser Plate Diffuser Sheet Prism Sheet

Hg, 형광체

자외선 방출형광체 여기

PMMA / PC두께 : 1~2 mm 사출/압출 성형광 확산

PET

Beads coating

광 확산

PET, Acrylic

Prism(형상다양)

정면 집광

광원의 위치에 따른 분류

측면 방식 직하 방식

<CCFL> <LED><CCFL> <LED>

고휘도

고색재현성

박형저소비전력


광 측정의 주요 항목

<VESA 측정 항목 샘플>


Parameters to 광 측정 항목

Luminance

Color Coordinate

Uniformity

특정 Point의 휘도 특성 측정(Usually Center Point)

특정 Point의 Color 특성 측정(Usually Center Point)

BLU 전체의 휘도 및 Color 변화량 측정

Color CoordinateOptical Char.

BLU 측정 환경

- Temperature : 25 ± 2 ℃

- Humidity : 65 ± 20 % RH

- Illumination of surrounding : Dark Room (≤ 10 lx)

- Reflection from surrounding object : Must control to a negligible level.

- Air Flow : No Wind


휘도 및 색 균일도 측정 장비 Set-up

<Position for Uniformity><측정 픽셀 수 결정><표준 관측 방향><Measuring Dist.>

6300

6350

6400

6450

6500

6550

6600

0 5 10

휘도

<BLU 측정 결과>

약 500개


Viewing Angle ??

- 각도에 따른 휘도 변화를 측정하여 특정 기준을 만족하는 각도를 말하며, 보통의 경우

CR≥10 또는 5 이상을 의미

- 주로 Luminance, Color, Contrast 등을 측정

- Contrast를 찍기위해 낮은 Black level 에서 정밀도와 정확도가 높은 휘도계 필요

Measurement Methods

Measurement Methods

2D Measurement2D Measurement

3D Measurement3D Measurement

• Common for H and V measurement• Common for H and V measurement

• Entire half-sphere measurement• Entire half-sphere measurement

Measurement methods for Viewing Angle

• 3D Measurement type• 3D Measurement type

• Gonioscope type • Fourier optics type

• 2D Measurement type• 2D Measurement type

• Moving Sensor• Fixed Display

• Moving Display• Fixed Sensor

사례

Comment

• 디스플레이의 무게가 일반적

으로 Sensor보다 무거움.

∴ Sensor Moving type 선호

• FPD의 열 특성 고려해야 함세워놓는 상태 선호

• 측정 한계 : ± 85o

∵ 큰 각에서 Spot Size (x)

사례

Comment• Gonioscope type;- 높은 정확성- Far Field 측정- 긴 측정 시간- 낮은 각 분해능

• Fourier Optics type;- 빠른 측정 시간- 높은 각 분해능 (＜0.3o)- Only near field- 측정 Pixel 수 제한(약 10개)

Viewing Angle tester

• Gonio. type in CNDC


Test Measurement Result

<Measured by 3D Measurement type>

<Goniometer in CNDC> <각도 변화에 따른 휘도값> <분광분포 측정 사례>

Colors in LCD & BLU

<From BLU>

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

380 430 480 530 580 630 680 730 780

white

red

green

blue

<From LCD><Trans. of Color Filters>

380 780

Spectrum Analysis of LCD

Color shift with viewing angle

< Viewed from upper side> < 측정 사례; BLU >

Green

Magenta

< Color Shift with V-A >

Bluish

to

large

ang

le

Current Issues – Luminous flux

Total Luminous Flux

- 디스플레이의 각 부품들을 통과하면서 발생되는 광 효율 및 이득(gain)을 측정하기 위함.

< Gonio-photometer ><TFT-LCD Module>

측

정

?

< Integrating Sphere >

적분구 시스템 최소 요구 Spec.

- 광 조도계 V(λ) filter.

- 보조광원 흡수율 측정

- Spectro-radiometer 분광 특성

측정 절차

- 표준광원의 전광선속 측정

- 보조램프를 활용한 표준램프의

흡수율 측정

- 디스플레이 거치 및 흡수율 측정

- 표준램프와의 전광선속 비교

Test Measurement Result

- Prism Sheet (Up)- Prism Sheet (Down)- Diffuser Sheet- Diffuser Plate

구 성

- Protector Sheet (Up)- Prism Sheet- Diffuser Sheet (Down)

구 성

100 %

93 %

90 %

84 %

LGP

확산 시트

프리즘 시트

100 %

90 %

68 %

64 %

Lamp Frame

확산 플레이트

확산 시트

58 %

프리즘 시트

색 혼합에 대한 평가 및 정량화

Current Issues – LED BLU

<Side type RGB BLU>

<Direct type RGB BLU>

< Not Mixed color >

Conclusion

Luminance, Color Coordinates, Uniformity 평가

측정 장비 Set up 시 Detector의 FOV 선택 주의

Viewing Angle 평가 시 측정 장비의 종류에 따른 주의 필요

High Accuracy detector at Low level luminance 선정 필요

LED BLU / LCD 광 특성 평가 방법 개발 필요

디스플레이 위치에 따른 열 특성 고려 !!

정량화 (Future work)

0

고출력 LED 특성 평가고출력 LED 특성 평가

2007. 9. 14

LED/반도체조명연구 사업부

조용익 책임연구원

2007. 9. 14

LED/반도체조명연구 사업부

조용익 책임연구원

제6회 측정클럽 종합 워크샵

1

목 차

3 LED 신뢰성

1 고출력 LED 온도 Issue

2 고출력 LED 광학 특성평가

2

고출력 LED 온도 Issue

Energy loss in LEDs > 80 %

- TJ increases with input current.

- Higher TJ, shorter device life.

- High power LEDs need efficient

thermal management.

How to measure accurate junction temperature in LED ?

( high power LEDs : > 1 W/mm2 )

LED : Junction temperature

3

642

643

644

645

646

647

648

649

650

50 60 70 80 90

Junction Temperature (℃)

Wav

elen

gth

(nm

)

Junction Temperature (℃)

Ligh

t Out

put (

%)

Normalized light output versus junction temperatureLuxeon Bethwing 350mA operation

Normalized light output versus wavelengthRed Luxeon Bethwing 350mA operation

50

60

70

80

90

100

30 40 50 60 70 80 90

K2_white

Green

white

Red

Junction 온도에 따른 광특성 변화

▶ Junction 온도 증가

- 색상, 주파장 등의 광학특성에 영향

- LED에서 방출되는 광속 감속: 발광효율 저하

- 허용 한계값 이상으로 상승하면 전기/광학적 특성의 파괴로 고장원인

4

Pilot Round Test Partial Results

11.6114

CPTP 06-04 Task Light

(manufacturer published, luminous efficacy=36lm/W)

67.3272419.3298

CPTP 06-03 Downlight


16.07166

CPTP 06-02 Under cabinet Light


70301212.82193

CPTP 06-01 Downlight


Color Rendering

Index

Correlated Color

Temperature

(K)

Luminaire Efficacy

(lm/W)

Light Output

(lm)

Photometrics based on LM-79 for

Complete luminaires

25℃ ambient temperature

• 제조사 측정값과 실제 측정값의 차이가 심함

5

열저항 개념

Junction의 발열을 외부에 어느 정도 방출할 수 있는가의 방열특성

LED에 전력을 인가할 때 junction 온도 (Tj)가주변온도(Ta)에 대해 몇도 상승하는가

iVV

iVR 12 −=

Δ= th

xj RPT

PTT

=Δ

=−

Tj , Tx : Temperatures of Isothermal SurfacesP : Total Heat Energy Flux Between j and x SurfacesSymbols ; Rjx, RΘjx, ΘjxMeaning : Temperature(℃) change per unit power (W)

6

Thermal Transient Test 측정원리Thermal Transient Test 측정원리

7

Thermal grease 부착Thermal grease_탈착후 부착Thermal tapeThermal tape_탈착후 부착양면테이프 부착Direct 부착

Rth [℃/W]

Rj-B

C [

Ws/K

]

0.01

1

100

10000

0.0001

0 5 10 15 20 25

열저항 측정값의 반복성 우수LED 부착시 thermal conductivity가 높은 물질을 사용

LED 부착방법에 따른 영향

8

패키지 구조분석

Die attach 재료에따른 열저항 값 차이

chipBump + SiOB

Rth [K/W]

K [W

2 s/K

2 ]C

th[W

s/K

]

4.5 3.4 K/W

Cold-plate

BaseChip

Die attachJunction

Grease

패키지 구조에 적합한 재료 선택으로 성능향상이 가능

패키지 공정상의 문제점 파악이 가능

9

97열저항 ( K / W) 3.723.8전압 ( V )-1000전류 ( mA )-3.8전력 ( W )-18효율 ( lm / W )

80 (±10 %)70광속 ( lm )DATA SHEET측정값항 목

냉각 팬을장착 하여 측정(알루미늄 판에 12V DC FAN 을 장착하여 측정) 　개 요

측정 조건L회사명

　　　

■ 열 저항■ 색 좌표■ 파장 측정방법

- KOPTI 표준 측정 시스템

대상: 17개사 47 종류 샘플의 성능지표

- 광속, 효율, 열저항 등을 비교

광학특성, 열특성 데이터를 별도 명시

시판되고있는 고출력 LED 성능 파악

3.810003.871870　I

3.23501.1192730　H

4.07002.8111542G

전압[V]

전류[mA]

전력[W]

열저항[K/W]

효율[lm/W]

광속[lm]

개 요회사명

고출력 LED 성능지표 작성

10

LED 표준화 컨소시엄 홈페이지LED 표준화 컨소시엄 홈페이지

표준화컨소시엄 홈페이지에 LED 광학특성, 신뢰성, 안전성 관련 국내외 규격 D/B 구축320건 국내외 규격 게재

www.standard.kopti.re.kr

11

Energy Star Program

DOE에서 SSL 표준화를 지원

’07.1월에 Energy Star 초안 발표

특성값은 개발된 표준에 기초를 둠

2007년 여름에 실시

Energy Star에서 요구되는 측정기준

- Luminous Flux

- Power & Power Factor

- Efficacy

- Lifetime

- CRI

- Distribution

12

LED 신뢰성

R(t) = exp(-λt)R(t) – Reliability function, λ – failure rate, t - time

1. Reliability of packaging

die attach 불량, wire bonding 불량, molding epoxy 색도 변화 및 투과도

변화, 형광체변환효율 감소에 의한 불량, solder attach 불량

2. Reliability of dies

metal contact degradation, crystal defect 증가, electromigration

CNET model for microcircuit

EQTbp πππλλ = Failures/106 Hours

Failure rate, MIL-HDBK-217F

13

LED 신뢰성 시험

LED PKG 수명시험 system Burn-in test 모습

Bare chip 신뢰성 시험

- High over stress and high over temperature

- No molding, Ag paste die attach, Au wire bonding, 5W이상의 방열설계(열저항 8.9K/W)

14

수명 시험 테스트 전용 PKG

1. 3W 인가 가능 구조를 위한 Cu heat sink 및 Al MPCB 채용

2. Chip 측정 test를 위한 Au 반사막 채용

3. 신뢰성있는 wire bonding를 위한 적정한 wire bonding

pad 위치 설계

테스트 전용 PKG

35@80mAB

36@80mAG

64@35mAR

Tj(K/W)Color

ajT −PKG 측정 열저항

15

LED die Burn-in test and degradation

24

20

47

18

16

수량

35mA

80mA

80mA

350mA

350mA

정격

630nm

525nm

445nm

517nm

447nm

파장

B

R

G

B

G

Color

16

0.04140.037020.00070.0008stdev24

2.31092.29670.01230.0121averageR

0.02390.02480.00490.0021stdev47

3.33263.33830.03070.0356averageB

0.05350.15790.00200.0039stdev20

3.74373.6990.01730.0158averageG

500hrinitial500hrinitial

수량

Vfoptical power(W)

initial 500hr0.02

0.03

0.04

0.05

Opt

ical

Pow

er[W

]

Burn - in time[hr]

initial500hr

14% degradation

-0.1%-14%B

1%9.5%G None

0.6%1.6%R

Fail #VfOptical power

R/G/B chip의 optical power 및 Vf의 변화량

R/G/B degradation rate Blue optical power degradation rate

LED die Burn-in test and degradation

17

LED die I-V sweep and Ir test

111B

65G Ir fail

11R

Fail #Burn-ininitial

I-V sweep & Ir Burn-in test 결과

-6 -4 -2 0 2 4 6

1E-3

0.01

0.1

Cur

rent

[A]

Voltage[V]

Fail initial

Green Ir fail, I-V sweep

-6 -4 -2 0 2 4 6

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

0.01

0.1

Cur

rent

[A]

Voltage[V]

Pass Fail

Blue Ir fail, I-V sweep

18

LED Chip 수명시험 test – 복합가속시험 test

Chip level Life time test

- Weibull 통계모델을 적용한 Chip level 수명 test

Junction Temp.에 따른고장시간 예측

외부온도에 따른고장시간 예측

Driving current에 따른고장시간 예측

Chip level test 복합조건 구성

1. 열저항 측정

2. 가속조건 확립(온도,전류)

3. 복합가속 test 조건확립

1. Degradation조건확립(광도,순방향전압 etc.)

2. 통계모델에 따른 고장시간 예측(junction 온도)

3. Junction 온도에 따른 및 신뢰도 및 가속수명시험계수 확립

1. 통계모델에 따른 고장시간 예측(온도,전류)

2. 가속조건에 따른 및신뢰도 및 가속수명시험계수 확립

LED chip level의 동작조건에 따른 수명 및 신뢰도 예측 가능

1500hr test 진행

19

100

120

Junction Temp.

350mA90C

350mA110C

전류온도BF

BF : 1W@350mA, G : 1W@350mA, BL : 0.3W@80mA, G500 : 0.3W@80mA R : 0.07W-35mA

100

120

Junction Temp.

350mA90C

350mA110C

전류온도G102150mA90C

100100mA90C

70

120

Junction Temp.

100mA60C

100mA110C

전류온도BL

100

120

Junction Temp.

100mA90C

100mA110C

전류온도G500

6170mA60C

10050mA90C

60

120

Junction Temp.

50mA60C

50mA110C

전류온도R

LED Chip 수명시험 test – 복합가속시험 test 조건

20

Chip별 Degradation

Blue, Green의 degradation

600 800 1000 1200 1400 1600

80

85

90

95

100

Degra

dation[%

]

Time [h]

Blue

Green

Green의 chip size별 degradation

600 800 1000 1200 1400 1600

80

85

90

95

100

Optical degra

dation[%

]

Time [h]

500x500um

1000x1000um

21

0

20.00

4.00

8.00

12.00

16.00

300.00 400.00320.00 340.00 360.00 380.00

ReliaSoft ALTA 6.5 PRO - ALTA.ReliaSoft.com

Acceleration Factor vs Stress

Temperature

Acce

lera

tion

Fact

or

2007-08-27 07:23Korea photonics technCho young Ik

Arrh/WeibData 1

300F=9 | S=0

Beta=3.4219, B=2953.6372, C=1.4693

- Chip size : 1000x1000um, 1W@350mA, Green

- 60℃ 동작 시 상온 27℃ 동작에 비해 수명 2배 감소


수명 vs 스트레스 관계 : Green

1000.00

1.00E+5

10000.00

390.00280.00 302.00 324.00 346.00 368.00


Life vs Stress

Temperature

Life


Arrh/WeibData 1

EtaMean Life300

F=9 | S=0

Beta=3.4219, B=2799.4002, C=1.8068

Life vs Stress

22

복합 가속 수명시험 분석

102150mA90C

100100mA90C

70

120

Junction Temp.

100mA60C

100mA110C

전류온도BL 복합가속 ALT :

- 스트레스 수준을 온도,전류로 하여 규격한계를 초과

한 가속조건을 인가하여 degradation 유발

- 각 스트레스에 따른 신뢰성 분석 용이

eU VBn

CVUL−

=),(

,),,(

1 ββ

βeeUeU C

tVBn

VBn eU

Ct

CVUtf

VBn

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

−

−−− −

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛=

척도 모수

T>0, 스트레스 수준 U,V에서의 확률분포함수

23

0.01 1.000.1010.00

1.00E+5

100.00

1000.00

10000.00


Life vs Stress

Current

Life


T-NT/WeibData 1

EtaMean Life300 / 0.08

F=32 | S=0

Beta=1.6373, B=3067.0949, C=0.0817, n=1.3262

0

10.00

2.00

4.00

6.00

8.00

0 0.300.06 0.12 0.18 0.24



Current

Acce

lera

tion

Fact

or


T-NT/WeibData 1

300 / 0.08F=32 | S=0

Beta=1.6373, B=3067.0949, C=0.0817, n=1.3262

전류가속조건에 따른 수명 vs 스트레스

Life vs Stress Acceleration vs Stress

- 동작 전류에 따른 수명 : 0.08mA 인가시 평균 수명 57,000시간

- 0.15A 인가 시 수명감소 1.5배 이나, 설계한계치를 벗어나는 경우 수명데이터 부적합

24

10.00

1.00E+5

100.00

1000.00

10000.00

400.00280.00 304.00 328.00 352.00 376.00


Life vs Stress

Temperature

Life


T-NT/WeibData 1

EtaMean Life300 / 0.08

F=32 | S=0

Beta=1.6373, B=3067.0949, C=0.0817, n=1.3262

0

20.00

4.00

8.00

12.00

16.00

300.00 400.00320.00 340.00 360.00 380.00



Temperature

Acce

lera

tion

Fact

or


T-NT/WeibData 1

300 / 0.08F=32 | S=0

Beta=1.6373, B=3067.0949, C=0.0817, n=1.3262

Life vs Stress Acceleration vs Stress

- 외부 온도에 따른 수명 : 57℃ 평균 수명 22,000시간

온도가속조건에 따른 수명 vs 스트레스

25

LED chip/PKG 고장분석 기법

0 1 2 3 4

1E-4

1E-3

0.01

0.1

C

urre

nt[A

]

Voltage[V]

Fail

Pass

Low level EL microscope, pR

I-V Sweep test, Reverse current

Thermal emission microscope

SAM test, Die top layer에서의 delamination

26

OSRAM Sample 700mA LED Phosphor-High

Phosphor-High :

0.0387mm

● 목적 : LED Package 중 Chip 에 배포된 Phosphor

의 두께를 파악하는 실험으로써, 고장분석

중 LED 수명관련 원인 파악에 목적이 있음

● 목적 : LED Package 중 Chip 에 배포된 Phosphor

의 두께를 파악하는 실험으로써, 고장분석

중 LED 수명관련 원인 파악에 목적이 있음

LED chip/PKG 고장분석 기법

27

감 사 합 니 다감 사 합 니 다

문의처 : 조 용 익 팀장

한국광기술원 기술확산팀

전화: 062-605-9360

메일: [email protected]

2007. 9. 14.

김 종 욱

한국항로표지기술협회

목 차목 차

Ⅰ. 항로표지 개요

Ⅱ. 광파표지

Ⅲ. 등명기 분류

Ⅳ. 등명기 광학적 특성 검사항목

Ⅴ. 광도 측정 방법 및 결과

2. 시험검사소 현황

소재지 : 여수시 화양면 나진리 524-2

경기도 평택시 포승면 원정리 9-17

О 검사시설

- 여수 : 시험검사실 483.72 ㎡

- 평택 : 시험검사실(실외반사경실 포함) 312.08㎡

연간검사능력 : 등명기 약 900대(1500대 검사 수행)

시험검사소 인원 : 6 명

1. 도입 배경

국제항로표지협회(IALA) 권고기준에 적합한 검사장비·시설 도입으로

해상용 등명기 품질 및 성능 향상

광파표지의 운영률 향상으로 신뢰성 확보 및 양질의 서비스 제공

시험검사소 소개시험검사소 소개

2. 항로표지의 종류

광파표지 : 광원을 이용하여 그 위치를 알리는 것

등대, 등부표, 등표, 조사등, 도등

형상표지 : 모양과 색을 이용하는 표지이며 낮에 이용(육표, 도표, 입표)

음파표지 : 기상변화에 따라 시야가 잘 보이지 않을 때 신호를 발사

전파표지 : 송신국의 발사 전파를 배에 설치한 수신기로 위치 측정

장거리 무선항법시스템(로란-C), 위성항법보정시스템(DGPS),

해상교통안전정보시스템(VTS), 선박자동응답장치

1. 항로표지

빛, 형상, 색채, 음향, 전파 등의 수단에 의하여 항, 만, 해협, 그밖에

우리나라 연해 및 배타적 경제수역을 항행하는 선박의 지표로 하기

위한 등대, 등표, 입표, 부표, 무신호소, 선방위신호소, 기타의 시설

항로표지의 개요항로표지의 개요

광파표지광파표지

행담도 등대

제주 우도 등대

만야 등대

등부표

등명기의 분류(1) : 점멸방식등명기의 분류(1) : 점멸방식

점멸식

등명기

회전식

등명기

광학계를 고정하고 광원을 점멸하는 방식

부동렌즈를 이용

LED-200, 250mm, 300mm 등명기

광원을 점등 상태로 하고 광학계 렌즈 또는 상부 등체를회전하는 방식렌즈를 회전시키거나 상부등체의 광학계 전부를 회전400mm, 750mm, 252mm 등명기

등명기의 분류(2): 렌즈내경등명기의 분류(2): 렌즈내경

등명기 분류종류

기준 대형급 중형급 소형급

렌즈

내경

750mm

이상

300mm ∼750mm 미만

300 mm

미만

렌즈

높이

1,250mm

이상

433mm ∼1,250mm 미만

433mm

미만

광도

측정

거리

300m

실외측정

실내·외측정

25m 실내

측정

등명기 광학적 특성 검사항목등명기 광학적 특성 검사항목

О 검사장비 : 광속계, 색도계, 전원공급장치, 광학테이블, 분광방사휘도계

О 광속검사 : 등명기에 사용되는 전구의 광속측정

О 색도검사 : 등명기의 렌즈 및 색필터에 대한 스펙트럼, 색도측정

1. 광속 및 색도검사

2. 배광시험기에 의한 광학적 특성검사

О 검사장비 : 배광시험기, 전원공급장치, 디지털멀티메타 등

О 수직수평발산각검사 : 등명기의 수직․수평축에 대한 배광 및 발산각 시험

О 유효광도검사 : 등명기의 순간 광도를 측정하여 섬광의 유효광도 측정

О 등질검사 : 등질기준에 따른 명간(섬광시간), 암간, 주기의 시간 측정

검사장비

- 색도계, 광학테이블, 전원공급장치

검사방법

(1) 광학테이블의 일정한 위치에 등명기를 설치한다.

(2) 광학테이블의 일정한 위치에 색도계의 센서부를 고정한다. 이때 센서

와 등명기의 발광 중심이 일직선상에 놓여야 한다.

(3) 등명기를 점등한다.

(4) 점등 후에 특성이 안정될 때까지 기다린다.

(5) 전용 소프트웨어를 이용하여 등명기의 색도를 측정하여 결과물을 출

력한다.

색도측정(1)색도측정(1)

기준값검사항목 선택적인 범위 일반적인 범위

백 색

x=0.440 y=0.382x=0.285 y=0.264x=0.285 y=0.332x=0.440 y=0.432

x=0.500 y=0.382x=0.440 y=0.382x=0.285 y=0.264x=0.285 y=0.332x=0.453 y=0.440x=0.500 y=0.440

적 색

x=0.710 y=0.290x=0.700 y=0.290x=0.670 y=0.320x=0.680 y=0.320

x=0.735 y=0.265x=0.721 y=0.259x=0.645 y=0.335x=0.665 y=0.335

녹 색

x=0.022 y=0.778x=0.282 y=0.518x=0.270 y=0.397x=0.013 y=0.494

x=0.305 y=0.689x=0.321 y=0.494x=0.228 y=0.351x=0.028 y=0.385

황 색

x=0.585 y=0.415x=0.581 y=0.411x=0.555 y=0.435x=0.560 y=0.440

x=0.600 y=0.400x=0.596 y=0.396x=0.555 y=0.435x=0.560 y=0.440

색도측정(2)색도측정(2)

결과물 출력

색도측정 결과색도측정 결과

색도 스펙트럼 분석색도 스펙트럼 분석

Wavelength [nm]400 500 600 700

Rel

ativ

e Sp

ectra

l Ene

rgy

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0White LEDWhite Lens( )백열전 구


Rel

ativ

e Sp

ectra

l Ene

rgy

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0Green LEDGreen Lens(백열전 구)

(a) 백색 등명기 (b) 녹색 등명기

색도 스펙트럼 분석색도 스펙트럼 분석

(c) 황색 등명기 (d) 홍색 등명기


Rel

ativ

e Sp

ectra

l Ene

rgy

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Yellow LEDYellow Lens( )백열전 구


Rel

ativ

e S

pect

ral E

nerg

y

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Red LEDRed Lens( )백열전 구

검사장비

- 배광시험기, 멀티메타, 전원공급장치

배광측정기

(1) 25m 실내 측정

- 소형급, 중형급 등명기

(2) 300m 실외 측정

- 대형급 등명기(야간 측정)

수직수평발산각 측정(1)수직수평발산각 측정(1)


Baffle(차단막)

배광측정기항온항습기

Baffle(차단막)

Baffle(차단막)

Baffle(차단막)

사무실

창 고

광센서

광센서

전기검사실

배광측정실

배광측정제어실

25m

외부 반사경실반사거울

150m


① 수직 발산각 허용범위 : ± 5°(간격 0.5°)

② 수평 발산각 측정범위 : 360°(간격 45°)

③ 등광의 수직발산각(광망의 폭)은 최대평균광도의 10% 또는 50% 되는

수직 배광곡선상의 두지점의 사이각을 기준으로 한다.

검사기준

- 수직·수평발산각

등명기 규격 기 준 값 허 용 범 위 비 고

200mm최대평균 수평광도의

10%이상인 수직발산각± 8°





LED최대평균 수평광도의


회전식최대광도의 50%이상인

수직․수평발산각± 4°(400mm)

- (750mm)


수직수평발산각 측정 결과수직수평발산각 측정 결과

Horizental Angle [Degree]0 100 200 300

Lum

inou

s in

tens

ity [c

d]

320

340

360

380

400

420

440White LEDWhite Lens( )백열전 구

Vertical Angle [Degree]-8 -6 -4 -2 0 2 4 6

Lum

inou

s in

tens

ity [c

d]0

100

200

300

400

500White LED White Lens( )백열전 구

등질/유효광도 측정(1)등질/유효광도 측정(1)

1) 등명기의 섬광기를 탈거, 섬광종류를 변경

2) 섬광기를 등명기에 장착한 후, 배광시험기의 Jig에 부착하고 레이

저 를 이용하여 광학적 중심 확인

3) 정격전류로 램프의 특성이 안정될 때까지 점등

4) 등질검사의 명시간, 암시간, 주기와 0.5초, 1초, 2초의 유효광도값에

대한 결과 측정

- 광원의 점멸에 의한 섬광시간(명시간)은 최대광도에 대하여

50%의 광도를 가지는 시간의 길이 기준

- 암시간과 주기도 최대광도의 50% 광도를 가지는 시간 기준

등질/유효광도 측정 방법


250mm등질종류 등질기호 섬광시간

백색렌즈 황색렌즈 적색렌즈 녹색렌즈

2.03A 3.05A 2.03A 3.05A 2.03A 3.05A 2.03A 3.05A

Fl 4s 1

Fl 5s 1단섬광 583.3 833.3 375.0 541.7 175.0 250.0 175.0

Fl 6s 1

250.0

Fl(2) 5s 0.5

Fl(2) 6s 0.5

Fl(3) 7s 0.5

Fl(4) 8s 0.5

Fl(2) 10s 0.5

500 714.3 321.4 464.3 150 214.3 150 214.3군섬광

Fl(5) 20s 1 583.3 833.3 375.0 541.7 175.0 250.0 175.0 250.0

Q 0.5

Q(3) 10s 0.5

Q(9) 15s 0.5급섬광 500 714.3 - - -

Q(6)+LFl 5s 0.5

- - -

부동광 F - 700 1000 455 650 168 240 210 300

검사기준

- 유효광도(부동광 포함)

등질/유효광도 측정 결과등질/유효광도 측정 결과

전구식

LED

감사합니다.

GNU Oc taveGNU Oc tave를 이용한 분광 데이타를를 이용한 분광 데이타를입력량으로 하 는 측정의 불 확도 분석법입력량으로 하 는 측정의 불 확도 분석법

박성종박성종기반표준부 온도기반표준부 온도//광도 그룹광도 그룹

한국표준과학연구원한국표준과학연구원

2007 하반기 측정클럽 종합 워크샵

불확도 전파 모델불확도 전파 모델: : 벽돌로 집짓기벽돌로 집짓기

“KRISS 벽돌공장”돈을 많이 들여 3종의 똑같은 크기와 모양의 거푸집 제작.

각각은 독립적으로 제작된 거푸집.

즉, 3종의 거푸집은 크기가 약간 다를 수 있음 (불확도).

거푸집으로 3종의 벽돌을 찍어냄.

찍어낸 벽돌은 거푸집 별로 크기가 똑같음.

찍어낸 벽돌은 집짓는 곳으로 ....

집을 지을 때는 시멘트로 벽돌과 벽돌을 붙여서 ...

같은 조립도로빨간색만으로 지은집/ 노란색만으로 지은집/ 녹색만으로 지은집/섞어 지은집의 크기는?

벽돌을 찍고

벽을 쌓고

벽이 모여 집이 되고

상관관계에 대한 주의가 필요할 때상관관계에 대한 주의가 필요할 때

동질의 다수의 입력량 혹은 같은 단위의 입력량으로 소수동질의 다수의 입력량 혹은 같은 단위의 입력량으로 소수의 측정값을 얻는 측정이나 이와 반대의 측정의 측정값을 얻는 측정이나 이와 반대의 측정..

거푸집거푸집 하나하나로 만들어진 다수의 벽돌들로만 쌓아진 집로 만들어진 다수의 벽돌들로만 쌓아진 집 고니오미터를 이용한 전광선속 측정고니오미터를 이용한 전광선속 측정

안시루멘 측정안시루멘 측정

내삽과정 내삽과정 (Linear Interpolation, Spline(Linear Interpolation, Spline Interpolation Interpolation)) 맞춤과정 맞춤과정 (Linear Fit/ Nonlinear Fit)(Linear Fit/ Nonlinear Fit) 분광데이터가 입력량인 모든 측정분광데이터가 입력량인 모든 측정

측정수준측정수준//숙련도가 높을 수록 심각한 문제 발생숙련도가 높을 수록 심각한 문제 발생.. 측정시 우연효과가 덜 개입해 상관관계를 희석시키지 못함측정시 우연효과가 덜 개입해 상관관계를 희석시키지 못함..

숙련된 기술자에 의해 시멘트를숙련된 기술자에 의해 시멘트를 거의 안바르고 지어진 집 거의 안바르고 지어진 집!!

분광측정의 표준소급체계분광측정의 표준소급체계

분광감응도분광감응도 ACR/ECPRACR/ECPR Trap DetectorTrap Detector 광조도계광조도계 광조도계의 분광감응도를 광조도계의 분광감응도를 300 nm ~ 1000 nm, 1 nm 300 nm ~ 1000 nm, 1 nm 간격으간격으

로 얻로 얻을 때을 때 UV (UV (독립된 독립된 15 15 측정점측정점)) 180 180 측정점으로 내삽측정점으로 내삽 VIS (VIS (독립된 독립된 9 9 측정점측정점) ) 310 310 측정점으로 내삽측정점으로 내삽 IR (IR (독립된 독립된 20 20 측정점측정점) ) 210 210 측정점으로 내삽측정점으로 내삽 총계총계: : 독립된 독립된 3434 측정점 측정점 700700 측정점으로 내삽 측정점으로 내삽 상관계수 상관계수 0.0.33 ~ 0. ~ 0.88 ? ?

분광분포분광분포; ; 분광복사조도분광복사조도//휘도휘도//선속선속 Blackbody Blackbody FEL lamp FEL lamp 분광복사계분광복사계 분광복사계를 분광복사계를 250 nm ~ 2500 nm, 1 nm 250 nm ~ 2500 nm, 1 nm 간격으로 교정하고간격으로 교정하고

자 할 경우자 할 경우.. 총계총계:: 독립된 독립된 <10<10 측정량 측정량 21502150 측정점으로 내삽측정점으로 내삽 상관계수 상관계수 0.8 ~ 0.90.8 ~ 0.9

상대 분광분포의 불확도상대 분광분포의 불확도

상대 분광분포 측정의 불확도 성분상대 분광분포 측정의 불확도 성분 측정방정식측정방정식: : 1. u(R) 1. u(R) 분광복사계 교정성적서에서 인용분광복사계 교정성적서에서 인용

분광복사조도감응도 불확도 분광복사조도감응도 불확도 ((파장불확도 효과가 포함파장불확도 효과가 포함)) 파장불확도 예파장불확도 예) ) 우연효과 우연효과 0.3 nm, 0.3 nm, 계통효과 계통효과 0.5 nm0.5 nm

2. u(y)2. u(y)측정시 지시값의 불확도측정시 지시값의 불확도 반복성반복성, stray light, , stray light, 파장불확도의 전파파장불확도의 전파

대부분의 경우 대부분의 경우 (1)(1)의 불확도 성분이 의 불확도 성분이 (2)(2)에 비해 큼에 비해 큼

상대분광분포의 상관불확도상대분광분포의 상관불확도 불확도합성불확도합성

상관불확도상관불확도

( ) ( ) / ( )E y Rl l l=

2 ( , ) ( ) ( )

where 0.9 ( ), 1.0 ( )

r i j ij r i r j

ij ij

u E E C u E u E

C i j C i j

=

= = =

입력량이 분광데이터인 측정입력량이 분광데이터인 측정

광원의 상대분광분포광원의 상대분광분포/ / 검출기의 분광감응도를 입력량으로 하는 측정검출기의 분광감응도를 입력량으로 하는 측정 CIE 1931 (CIE 1931 (xx, , yy), UCS 1960 (), UCS 1960 (uu, , vv) ) 등 여러 색좌표등 여러 색좌표

상관색온도 상관색온도 CCTCCT 분포온도 분포온도 DTDT 연색지수 연색지수 CRI (CRI (RRii, , RRaa)) 색보정인자 색보정인자 CCFCCF 무게중심파장 무게중심파장 centroidcentroid

측정방정식측정방정식

불확도의 전파불확도의 전파

측정방정식측정방정식

GUMGUM에 따른 불확도 전파법칙에 따른 불확도 전파법칙

단, u(xi, yj) = 0

uc2 f =[∑i

∂ f∂ xi

u x i]2

상관관계가 1일 경우

Octave Octave 실행화면실행화면

GNU OctaveGNU Octave 의 소개의 소개

GNU OctaveGNU Octave 과학 기술 계산 언어 과학 기술 계산 언어 (Fortran 95 (Fortran 95 문법과 유사문법과 유사).). 기본적으로 매우 고성능의 공학용 계산기 상태로 동작기본적으로 매우 고성능의 공학용 계산기 상태로 동작.. Mathwork MATLABMathwork MATLAB의 의 clone, codeclone, code의 의 99% 99% 가 호환됨가 호환됨.. $(Octave) = $ 0 / $MATLAB = $ 3000 !$(Octave) = $ 0 / $MATLAB = $ 3000 ! 행렬계산행렬계산//내삽이 매우 쉬움내삽이 매우 쉬움.. http://www.octave.orghttp://www.octave.org, , http://octave.sf.nethttp://octave.sf.net 여기서 다운여기서 다운..

(Version 2.1.X (Version 2.1.X 권장권장/ Version 2.9.X / Version 2.9.X 버전은 버전은 MS-WindowsMS-Windows에서 오류에서 오류가 남가 남))

pdf pdf 매뉴얼이 포함되어 있으므로매뉴얼이 포함되어 있으므로, , 매뉴얼을 참조해가며 매뉴얼을 참조해가며 혼자 공부할 수 있음혼자 공부할 수 있음..

http://www.octave.org/

http://octave.sf.net/

Oct ave Oct ave 문법 문법 #1#1

모든 변수는 행렬임모든 변수는 행렬임.. 스칼라스칼라: 1 by 1, : 1 by 1, 벡터벡터: 1 by n or n by 1, : 1 by n or n by 1, 행렬행렬: n by m: n by m

연산에는 연산에는 22종류가 있음종류가 있음.. 가장 중요한 연산은 가장 중요한 연산은 slicing slicing 연산연산.. 행렬연산과 행렬연산과 element by element element by element 계산계산

연산자연산자: *, /, .*, ./, +, -, ’: *, /, .*, ./, +, -, ’ Octave Octave 프로그램은 두 종류프로그램은 두 종류

확장자 확장자 .m .m 을 갖고 있음을 갖고 있음.. 함수프로그램함수프로그램/ / 스크립트프로그램스크립트프로그램.. %%로 시작하는 문자열은 주석로 시작하는 문자열은 주석. . 실행에 영향을 주지않음실행에 영향을 주지않음..

예예)) x=[1 -1]; x=[1 -1]; y=[2 3]; y=[2 3]; z1=x.*y % [2 -3]z1=x.*y % [2 -3] element by element element by element 계산계산

z2=x*y’ % [ 1 -1]z2=x*y’ % [ 1 -1]··[2 3][2 3]TT = -1 = -1, , 행렬 계산행렬 계산

Oct ave Oct ave 문법 문법 #2#2

유용한 함수유용한 함수 csvreadcsvread: .csv : .csv 파일을 파일을 by columnby column으로 읽어들임으로 읽어들임.. interp1interp1: 1: 1변수 내삽변수 내삽 sumsum: : 행렬의 열이나 행을 더함행렬의 열이나 행을 더함.. zeroszeros: element: element가 전부 가 전부 00인 행렬인 행렬 eyeeye: : 항등행렬항등행렬 onesones: element: element가 전부 가 전부 11인 행렬인 행렬 invinv: : 역행렬 구하기역행렬 구하기 eigeig: eigenvalue : eigenvalue 문제 풀기문제 풀기 sizesize: : 행렬의 크기를 알려줌행렬의 크기를 알려줌.. diffdiff: : 벡터의 차분을 구한다벡터의 차분을 구한다.. whoswhos: : 현재 사용중인 변수들현재 사용중인 변수들.. dispdisp: : 변수값 내용보기변수값 내용보기.. helphelp: : 해당 함수의 사용법을 알려줌해당 함수의 사용법을 알려줌..

간단한 예제간단한 예제 data.csv data.csv 파일은 첫째 열이 파일은 첫째 열이 xx ( (파장파장), ), 둘째열이 둘째열이 yy ( (분광분포분광분포) ) 이다이다. x. x는 는

380380부터 부터 830830까지 까지 10 10 간격으로 되어있고간격으로 되어있고, , yy는 각는 각 xx대한 분광 데이터이다대한 분광 데이터이다. . 이 값을 이 값을 1 1 간격으로 선형 내삽하고 화면에 그래프를 그린다간격으로 선형 내삽하고 화면에 그래프를 그린다..

dummy=csvread(‘data.csv’);dummy=csvread(‘data.csv’); x=dummy(:,1);x=dummy(:,1); y=dummy(:,2);y=dummy(:,2); newx=380:1:830;newx=380:1:830; newy=interp1(x,y,newx);newy=interp1(x,y,newx); plot(newx,newy);plot(newx,newy);

그리고그리고, , 다음 적분식다음 적분식 을 계산한다을 계산한다..

dx=0.5*([diff(x) 0]+[0 diff(x)]);dx=0.5*([diff(x) 0]+[0 diff(x)]); integral=sum(y.*dx);integral=sum(y.*dx);

색좌표 불확도의 평가색좌표 불확도의 평가

불확도 요인불확도 요인 계측기 반복성계측기 반복성: : 반복측정하여 반복측정하여 AA형 평가함형 평가함. t-. t-분포분포

측정 조건 설정의 부정확성측정 조건 설정의 부정확성:: 거리거리, , 각도각도, , 전류 등 전류 등

설정 정확성에 대한 지식에 기초하여 설정 정확성에 대한 지식에 기초하여 BB형 평가함형 평가함.. 상대분광분포로부터 전파상대분광분포로부터 전파

불확도 근거는 교정성적서를 이용한다불확도 근거는 교정성적서를 이용한다.. 편의상 상대분광분포의 불확도를 함수꼴로 모델링할 수 있다편의상 상대분광분포의 불확도를 함수꼴로 모델링할 수 있다.. 불확도의 전파는 불확도의 전파는 OctaveOctave를 이용를 이용!! 상관관계에 대한 추정이 필요 상관관계에 대한 추정이 필요 (0.8 ~ 0.9)(0.8 ~ 0.9) 이를 위해서는 소급단계를 고찰하여 우연효과와 계통효과를 구이를 위해서는 소급단계를 고찰하여 우연효과와 계통효과를 구

분해야함분해야함..

불확도 산출 순서불확도 산출 순서

입력량인 분광데이타의 파장별 불확도를 평가한다입력량인 분광데이타의 파장별 불확도를 평가한다..

상관계수를 상관계수를 적당히적당히 놓고 상관불확도 행렬을 계산한다 놓고 상관불확도 행렬을 계산한다..

감도계수 벡터를 구한다감도계수 벡터를 구한다. (. (수치해법수치해법))

구해진 감도계수 벡터와 상관불확도 행렬을 곱해서 합성구해진 감도계수 벡터와 상관불확도 행렬을 곱해서 합성

불확도를 구한다불확도를 구한다..

색좌표 불 확도 분 석 프로그램 예제 색좌표 불 확도 분 석 프로그램 예제 1/31/3

색좌표를 계산하는 함수 프로그램색좌표를 계산하는 함수 프로그램 ((cal_xy.mcal_xy.m))

function [x,y]=cal_xy(lambda,St)global xbar ybar zbar DX=sum(xbar.*St.*D);Y=sum(ybar.*St.*D);Z=sum(zbar.*St.*D);SIGMA=X+Y+Z;x=X/SIGMA;y=Y/SIGMA;

색좌표 불확도 분석 프 로그램 예제 색좌표 불확도 분석 프 로그램 예제 2/32/3

감도계수를 계산하는 함수 프로그램감도계수를 계산하는 함수 프로그램 ((cal_cxcy.mcal_cxcy.m))

function [cx,cy]=cal_cxcy(lambda, St)global xbar ybar zbar DN=size(lambda,2);cx=zeros(1,N); cy=zeros(1,N);S0=St;[x0,y0]=cal_xy(lambda,S0);for i=1:N

S1=S0;dS=S0(i)*0.001;S1(i)=S1(i)+dS;[x1,y1]=cal_xy(lambda,S1);cx(i)=(x1-x0)/dS;cy(i)=(y1-y0)/dS;

end

색좌표 불 확도 분 석 프로그램 예제 색좌표 불 확도 분 석 프로그램 예제 3/33/3

global xbar ybar zbar Ddata=csvread('white.csv');lambda=380:1:780; N=size(lambda,2);St=interp1(data(:,1),data(:,2),lambda);u_St=ones(1,N)*0.0005*max(St);C=0.9; % 상관계수u_StSt=((ones(N,N)-eye(N)*C)+eye(N)).*(u_St'*u_St);datax=csvread('x2.csv');xbar=interp1(datax(:,1),datax(:,2),lambda);datay=csvread('y2.csv');ybar=interp1(datay(:,1),datay(:,2),lambda);dataz=csvread('z2.csv');zbar=interp1(dataz(:,1),dataz(:,2),lambda);D=0.5*([diff(lambda) 0]+[0 diff(lambda)]);[cx,cy]=cal_cxcy(lambda,St);u_x=sqrt(cx*u_StSt*cx')u_y=sqrt(cy*u_StSt*cy')

➲계산 프로그램 메인 (cal_uxuy_main.m)

몬테카를로법의 소개 몬테카를로법의 소개 #1#1

ISO GUM/KRISS ISO GUM/KRISS 지침에 따른 불확도 전파법지침에 따른 불확도 전파법 선형 전파법선형 전파법.. 측정방정식을 세우고측정방정식을 세우고,, 방정식의 입력량의 불확도와 분포방정식의 입력량의 불확도와 분포(+(+자유도자유도))를 평가하를 평가하

고고

각 입력량의 불확도가 측정값에 미치는 영향 각 입력량의 불확도가 측정값에 미치는 영향 ((감도계감도계

수수) ) 를 평가한 후 를 평가한 후 ((해석적 방법해석적 방법, , 수치적 방법수치적 방법),), 선형전파식 선형전파식 (2(2ndnd order order 무시무시))에 따라 불확도를 전파하여 에 따라 불확도를 전파하여

합성불확도를 계산함합성불확도를 계산함.. 합성불확도의 분포와 자유도로부터 신뢰수준 합성불확도의 분포와 자유도로부터 신뢰수준 95%95%에 해에 해

당하는 포함인자를 택하고당하는 포함인자를 택하고,, 확장불확도를 보고함확장불확도를 보고함..

몬테카를로법의 소개 몬테카를로법의 소개 #2#2

몬테카를로 법에 따른 불확도 전파법몬테카를로 법에 따른 불확도 전파법 측정방정식을 세우고측정방정식을 세우고,, 방정식의 입력량의 불확도와 분포방정식의 입력량의 불확도와 분포(+(+자유도자유도))를 평가하를 평가하

고고

각 입력량의 확률분포에 해당하는 난수를 발생시켜각 입력량의 확률분포에 해당하는 난수를 발생시켜, , 입입력량 샘플을 구성함력량 샘플을 구성함. . 샘플의 개수는 보통 샘플의 개수는 보통 1000010000개 이상개 이상..

입력량간의 상관관계가 있을 경우 좌표축을 변환시켜 입력량간의 상관관계가 있을 경우 좌표축을 변환시켜 상관관계가 있는 난수를 발생시켜야함상관관계가 있는 난수를 발생시켜야함..

발생시킨 입력량 샘플을 측정방정식에 넣어 측정값 샘발생시킨 입력량 샘플을 측정방정식에 넣어 측정값 샘플을 구성함플을 구성함..

측정값 샘플의 히스토그램으로부터 추정값과 신뢰수준 측정값 샘플의 히스토그램으로부터 추정값과 신뢰수준 95%95%에 해당하는 에 해당하는 확장불확도택하고확장불확도택하고, , 보고함보고함..

몬테카를로법의 적용예몬테카를로법의 적용예 색좌표 불확도 평가색좌표 불확도 평가global xbar ybar zbar Ddata=csvread('white.csv');lambda=380:1:780; N=size(lambda,2);St=interp1(data(:,1),data(:,2),lambda);u_St=ones(1,N)*0.002*max(St); C=0.9; u_StSt=((ones(N,N)-eye(N)*C)+eye(N)).*(u_St'*u_St);datax=csvread('x2.csv');xbar=interp1(datax(:,1),datax(:,2),lambda);datay=csvread('y2.csv');ybar=interp1(datay(:,1),datay(:,2),lambda);dataz=csvread('z2.csv');zbar=interp1(dataz(:,1),dataz(:,2),lambda);D=0.5*([diff(lambda) 0]+[0 diff(lambda)]);[A_St,D2_St]=eig(u_StSt);T_St=(A_St*sqrt(D2_St))';N_samples=15000;xx_St=normrnd(0,1,N_samples,N);St_R=xx_St*T_St+repmat(St,N_samples,1);for i=1:N_samples

[x(i),y(i)]=cal_xy(lambda,St_R(i,:));endsubplot(3,1,2);hist(x,100);subplot(3,1,3);hist(y,100);

어떤 방식을 사용할 것인가어떤 방식을 사용할 것인가??

GUM GUM 방식방식, , 해석적 감도계수해석적 감도계수

GUM GUM 방식방식, , 수치적 감도계수수치적 감도계수

GUM GUM 방식 방식 + + 몬테카를로 방식몬테카를로 방식

모두 몬테카를로 방식모두 몬테카를로 방식

요약요약

분광데이터를 입력량으로 하는 측정의 불확도 분광데이터를 입력량으로 하는 측정의 불확도 전파전파 분광감응도분광감응도, , 분광분분광분포포; ; 광원색광원색 특성특성, , 색보정인자색보정인자, ...., .... 입력량 입력량 N>100, N>100, 상관관계상관관계, , 전파식 자체의 복잡성전파식 자체의 복잡성

이를 해결하기 위한 방법이를 해결하기 위한 방법 상관관계상관관계: : 알려진 사실로 부터 상수로 추정알려진 사실로 부터 상수로 추정

전파전파 11: : 해석적 방법으로 해석적 방법으로 감도계수 계산 감도계수 계산 후 선형전파후 선형전파

전파전파 22: : 수치적 방법으로 수치적 방법으로 감도계수 계산 감도계수 계산 후 선형전파후 선형전파

전파전파 33: : 몬테카를로 법으로 직접 분포의 전파몬테카를로 법으로 직접 분포의 전파

이를 구현하는 법이를 구현하는 법, , 쉬운 순서대로쉬운 순서대로 Octave (0 Octave (0 원원)),, Matlab (300 Matlab (300 만원만원)), , Excel (30 Excel (30 만원만원)), , Fortran (0 Fortran (0 원원)), , C (0 C (0 원원))

특히 특히 OctaveOctave의 경우의 경우, GUM , GUM 방법과 몬테카를로 방법이 모두 쉽게 구현방법과 몬테카를로 방법이 모두 쉽게 구현.. 계획계획::

불확도 분석용 불확도 분석용 octave octave 코드를 배포코드를 배포// 광도교육 시 광도교육 시 OctaveOctave관련 과목을 추가하여 관련 과목을 추가하여 Octave Octave 기본 문법과 불확도 분기본 문법과 불확도 분

석에 적용하는 법을 강의석에 적용하는 법을 강의

측정클럽종합워크샵(2007/9/4) 1

Establishment of Korea Photovoltaic Scale (K-PVS)

- Research PlanSeung-Nam Park, Ghufron Zaid,

Dong-Hoon Lee

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c3/Solar_panel.png


Background• Research on energy alternatives

– Finite & Depleting fossil fuel energy resources– Special needs of energy

• Remote areas: inexistence of Power Grid• Mobile/field activities: military services

• Photovoltaic technology– Expensive cost: Silicon processing– Decreasing cost

• 2001, PV cell in the US: 860 million kWh– 0.025% of 3.8 trillion kWh total power generation


PV Technology in Korea• The 2nd Basic Plan for New & Renewable Energy

Technology Development & Dissemination (MOCIE)– PV Cell, Fuel Cell, Wind Power– 3 % share of New and Renewable Energy (2006)– 5 % (2012)– Budget: 196,4 billion KRW (2004), 324,4 billion (2005)

• PV is relatively mature for near-term deployment• a promising and economically viable technology in the

near future for Korean environmental and geographical conditions


PV Technology in Korea

• National Programme (by 2012)– 100 000 residential roof-tops:

• 6,3 billion KRW (2004), 16 billion KRW (2005), • 49 billion KRW (2006)

– 70 000 commercial and industrial buildings– 1,3 GW electrical power


PV Technology in Korea• R&D

– Participants: 24 companies, 7 national institutes and 17 universities

– Short-term: crystalline silicon– increase PV module efficiency

• 12% to 15% (2006), 18% (2010)– Cost target/module

• 3,3 USD/W (2006), 1,9 USD/W (2010)– Commercialization: 2012

• 10 % of the world market• Exports: 3 billion USD employing 50.000 people


PV Technology in Korea

• Industries: 8 companies– Neskor Solar Co– Photon Semiconductor & Energy Co.– Symphony Solar Co., Hyundai Heavy Industries– Kyung Dong Solar– Unison, S-energy Co, LS Industries, Solartech

• PROBLEM: cell supply shortage from foreign companies

• 2004 production: 2,7 MW of PV modules


The Role of NMI• To provide nationally dependable traceability for

all measurement quantities (measurands)– Ensuring reliable output/outcome from R&D activities– Enhancing industrial product competitiveness by

improving qualities; starting from raw material selection processes, production processes to (end-product) quality assurance processes

– Providing customer protection & satisfaction

To provide Facilities for Traceable Measurement and Calibration of PV cells/modules


World Photovoltaic Scale(W-PVS)

• Established in 1997• Inter-Laboratory Comparison (ILC)

– 11 Laboratories:• Primary method: 4 labs. PTB, NREL (US),

JQA/ETL (Japan), TIPS (China)• Secondary method: 7 labs.

– 20 artifacts


Traceability of PV Cell

IEC 904-3: (PTB) Metrologia, 2000, 37

Nat. Lab

Cal. Labs

ACRLaser Spectroradiometer

StdDetector

DSR Facility

2nd Ref.Solar Cell

Sun/Simulator

Flasher

Ref. PV Module

Primary Ref. Solar Cell

ACR: Absolute cryogenic radiometer

DSR: Differential spectral responsivity


Difficulties for Accurate Calibration

• High level of irradiance (1 solar contant)• large-area cells (100 cm2 ~ 1 m2)• Wavelength & temperature dependent

non-linearity of PV cell output• Inhomogeneity of radiation fields


Calibration Requirement for PV Cell

• Determination of PV cell efficiency at Standard Test Conditions (STC)

100⋅=o

mSTC AE

Pη

η :PV cell efficiency Pm :maximum electrical power of PV cellA :active area of PV cellEo :Natural solar irradiance at STC, 1000 Wm-2



Standard Test Conditions (STC)• Air Mass of 1.5• PV Cell temperature of 25 oC• Reference Solar Irradiance (Eo) of 1000 W/m2


Designation of Solar Air Masses



• Determination of maximum power, Pm,STC– Measurement of I-V characteristics– Conversion of measured values, V & I to STC

values, Vo & IoCurrent measurement

Voltage measurement

Variable load

DUT



( )[ ]rorr

oo TTIM

CEII

−−⋅⋅⋅

=α1 ( )IIRVV oso −−=

Io : current at STCI : current of DUTEo : solar irradiance at STC, 1000 W/m2

C : calibration constant of ref. detectorM : spectral mismatch between DUT and ref.

detectorΙr :current of ref. cellαr : temperature coeff. of ref. detectorTo : STC temperatureTr : temperature of ref. detector

Vo : voltage at STCV : voltage of DUT

Rs : series resistance of DUT



• Different spectral power distributions between standard solar irradiance (STC) and test solar irradiance (simulator/natural sun)

• Different spectral responsivity between DUT and ref. detector

( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( )∫∫∫∫

⋅⋅⋅

⋅⋅⋅= R

R relSrelR

orel

relSrel

R

R orelR

dEsdEs

dEsdEsM

2

1

2

1

2

1

2

1

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λλλλλλ

λλλλλλ


Schematic Diagram of DSR

lock-inAmp

DVMΔE(λ)

DVMΔisc

DVMIsc(Eb)

lock-inAmp

Amp

Amp

MonoChroMator

Computer, s(λ, Eb)

chopper

lamp shutterb-splitter

filter

DUT

Monitoring detector

ΔE(λ)

lamp


Difficulties for Accurate Calibration

Dashed/dotted lines: effect of low irradiance to non-linear cell


Differential Spectral Responsivity• Irradiance/Power level reaching ref. detector:

( ) ( )λλ SDUTDUT EAP ⋅=

• DUT Spectral response:

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )λλλ

λλλ

DUTDUTpr

SDUTir

PIREIR//

==

• Power level reaching DUT:

( ) ( ) ( ) [ ]( ) ( ) ( ) [ ]mdpowerCIP

mdirradianceCIE

rrS

rrS

−⋅=−⋅=

..............

λλλλλλ


Differential Spectral Responsivity• Conversion into absolute responsivity

( ) ( )λλ iriia RKR ⋅=

( ) ( )∫= λλλ dERIK oiroi

( ) ( )[ ]∫⋅= λλλ dERAIK oprop

,

( ) ( )λλ prppa RKR ⋅=


( ) ( ) 1−•••= ARiFFiV oooocSTCηwhere

ηSTC :Efficiency at Standard Test Conditions (STC)Voc(io) : open circuit voltageFF : fill factorRo : PV cell responsivity

= s/c current density per unit of standard solar irradiance, Eo

Ro= io / Eo

A : PV cell active area

Efficiency of PV cell


Efficiency of PV cell

( )[ ] ( ) ( )bsc Ei

DUTscDUTbsc E

iEiR

λλ

ΔΔ

= ,, ( ) ( ) rr CiE ⋅=Δ λλ

• Direct measurement of differential spectral responsivity, R[λ,isc(Eb)], at various operating point isc(Eb)=ib set by the steady-state bias irradiance Eb.

( )[ ] ( )[ ] ( )∫ ⋅⋅−= 2

1

,1λ

λλλλ dEEiREEiR oDUTbscoDUTosco

( ) ( )scooo iRER =

( ) ( )[ ]1

0

1−

−

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡⋅= ∫

oi

scscoooo diiRiER

, arithmetical mean (linear cells)

, (non-linear cells)


Level of Expected Uncertainty• With Spectral mismatch correction (DSR)

– : U < 5%– PTB: U < 0.5%

• No spectral mismatch correction– U: > 5% 10%-20%

• Alternative no bias method (ANU):– Best: U = 5% c.f. U = 3% with DSR


PTB DSR calibration uncertainty (rel. uncertainty x100)


The steps ahead• Stage I

– Setting up calibration facility for PV cell– Organizing inter-laboratory comparison (ILC)

for interested institutions in Korea• Stage II

– Improvement of calibration facility– ILC with foreign NMIs

• Stage III– Development of alternative calibration

methods and apparatus for calibration laboratories and industries


References1. Evident Technologies, in http://www.evidenttech.com/applications/quantum-dot-solar-

cells.php2. Jinsoo Song, Republic of Korea Photovoltaic technology status and prospects, in IEA

Annual Report 2005, KIER3. A.S. Dasuki et al., The strategy of photovoltaic technology development in Indonesia,

Renewable Energy 22 (2001) 321- 3264. Ghufron Zaid, Husein A. Akil, Proceeding of 3rd ISMPAEM, Jakarta, 20065. ASTM E 948 -01: Standard Test Method for Electrical Performance of PV Cells Using

Reference Cells under Simulated Sunlight6. ASTM E 973-02: Standard Test Method for Determination of Spectral Mismatch

Parameter between a PV Device and a PV Reference Cell7. ASTM 1021-06: Standard Test Method for Spectral Responsivity Measurement of PV

Devices8. IEC-904-3 Measurement Principles for Terrestrial PV Solar Devices with Reference

Spectral Irradiance Data9. Solar Light in http://solarlight.com/air_mass.html10. J. Metzdorf et al. Metrologia, 2000, 37, 573-57811. J. Metzdorf et al. Metrologia, 1991, 28, 247-25012. J. Metzdorf, Applied Optics, 1987, 26, no.9, 1701-170813. ASTM E 927-91: Standard Specification for Solar Simulation for Terrestrial Photovoltaic

Testing

the evaluation for image qualities of displays

Documents