感測器(Sensor)可以說(shuō)是物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things, IoT)架構下，讓智慧自動(dòng)化設備與智慧聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，像是智慧機器人、智慧工廠(chǎng)、智慧電動(dòng)車(chē)、智慧手環(huán)、智慧醫療裝置、智慧家電、智慧行動(dòng)電話(huà)等，執行即時(shí)互動(dòng)的關(guān)鍵元件。

 

感測器可以定義為：“能夠感知并檢測欲量測對象物的物理量或化學(xué)量，并將其轉換成可以計量的輸出訊號之裝置”。其中，量測的物理量，包括溫度、壓力、磁性、光等;而化學(xué)量則包括pH值、濃度、純度、濕度等。

 

 

以下介紹幾款可配備于自動(dòng)化設備與控制系統的感測器，并進(jìn)一步說(shuō)明其技術(shù)特點(diǎn)、技術(shù)發(fā)展方向以及應用領(lǐng)域。

 

 

影像感測器(Image Sensor)可從一整幅圖像捕獲光線(xiàn)的數以千計圖元，基本原理是透過(guò)光電效應將光線(xiàn)能量轉換成電荷，光線(xiàn)越強電荷越多，這些電荷就成為判斷光線(xiàn)強弱的依據。

 

影像感測器應用領(lǐng)域包括工業(yè)自動(dòng)化應用，像是檢驗、計量、測量、定向、瑕疵檢測。未來(lái)技術(shù)發(fā)展方向將朝更低耗電量、更廣光線(xiàn)波長(cháng)擷取范圍、更高精密度檢測辨識、更快檢測辨識速度等邁進(jìn)。

 

 

壓力感測器(Pressure Sensor)是檢測氣體或液體之壓力強度，并將壓力強度轉換成輸出訊號;已廣泛應用于各種工業(yè)自動(dòng)控制環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智慧建筑、生產(chǎn)自 動(dòng)控、航空航太等。未來(lái)技術(shù)將朝更微型MEMS腔體結構設計、更高靈敏度檢測能力發(fā)展。

 

 

位置感測器(Position Sensor)主要應用于機器人控制系統，如線(xiàn)性編碼器、旋轉編碼器、伺服馬達等;技術(shù)發(fā)展是朝更高精確度控制、

加速度感測控制、更微型MEMS腔體結構設計方向前進(jìn)。

 

 

位移感測器(Level Sensor)，又稱(chēng)為線(xiàn)性感測器，分為電感式位移感測器、電容式位移感測器、光電式位移感測器、超音波式位移感測器、霍爾式位移感測器;主要應用在自動(dòng) 化裝備生產(chǎn)線(xiàn)對模擬量的智慧控制。技術(shù)發(fā)展朝更微型MEMS腔體結構設計、非接觸檢測技術(shù)開(kāi)發(fā)、數位式檢測技術(shù)開(kāi)發(fā)、更高精確度控制等方向演進(jìn)。

 

 

力量感測器(Force Sensor)是用來(lái)檢測氣體、固體、液體等物質(zhì)間相互作用力的感測器，多應用在力度檢測，如機器人手臂抓取物件力度大小的控制。技術(shù)發(fā)展朝更低耗電量、更快的檢測反應時(shí)間、更高精確度檢測辨識等方向前進(jìn)。

 

 

氣體感測器(Gas Sensor)能針對可燃性氣體、毒性氣體成分進(jìn)行測定，并將其轉換成輸出訊號，可用于工業(yè)自動(dòng)化、礦產(chǎn)資源探測、氣象觀(guān)測和遙測、生鮮保存、防盜、節能等領(lǐng)域。技術(shù)發(fā)展朝更快的監測反應時(shí)間、更短的監測距離、更多氣體類(lèi)型連續監測等方向精進(jìn)。

 

 

半 導體感測器(Semiconductor Sensor)系利用半導體材料各種物理、化學(xué)和生物學(xué)特性制成的感測器。應用領(lǐng)域涵蓋工業(yè)自動(dòng)化、遙測、工業(yè)型機器人、家用電器、環(huán)境污染監測、醫療保 健、醫藥工程、生物工程等。技術(shù)發(fā)展朝更微型MEMS腔體結構設計、更高靈敏度檢測能力、降低制造成本等方向邁進(jìn)。

 

 

光纖感測器(Fiber Optic Sensor)可將來(lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入調制器(Modulator)，使待測參數與進(jìn)入調制區的光相互作用后，導致光的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，稱(chēng)為被調 制的訊號光，再經(jīng)過(guò)光纖送入光探測器，經(jīng)解調后，獲得被測參數。主要用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，像是磁力、聲波、壓力、溫度、加速度、陀螺儀、位移、液體、轉 矩、聲光、電流及應變力等物理量之檢測。技術(shù)發(fā)展朝更短監測距離、提高量測光能量強度的準確性等方向精進(jìn)。

 

因應全球趨勢與市場(chǎng)變化，廠(chǎng)商積極提出研發(fā)計畫(huà)進(jìn)行創(chuàng )新技術(shù)開(kāi)發(fā)，重要的技術(shù)成果必須加以保護，避免因競爭對手抄襲或模仿而喪失競爭優(yōu)勢。對此，科技界主要 是透過(guò)專(zhuān)利申請程序進(jìn)行技術(shù)成果保護，其他廠(chǎng)商藉由系統化專(zhuān)利探勘與分析，可以了解特定領(lǐng)域專(zhuān)利技術(shù)趨勢以及特定廠(chǎng)商專(zhuān)利布局動(dòng)向，同時(shí)，也得以避免或是 提早因應未來(lái)可能招致的專(zhuān)利侵權威脅。

 

本文以美國專(zhuān)利暨商標局(USPTO)公告的核準專(zhuān)利做為專(zhuān)利檢索資料來(lái)源，并透過(guò)“資策會(huì )專(zhuān)利地圖探勘分析平臺”，進(jìn)行專(zhuān)利檢索、專(zhuān)利分析以及專(zhuān)利資料下載與整理。

 

針對感測器進(jìn)行專(zhuān)利分析，藉此掌握感測器國際研發(fā)投入情形，進(jìn)一步了解專(zhuān)利技術(shù)動(dòng)向以及對產(chǎn)業(yè)可能造成之影響。

 

專(zhuān)利檢索以感測器關(guān)鍵廠(chǎng)商為基礎，并佐以關(guān)鍵字及關(guān)鍵欄位等項目進(jìn)行檢索。其中，關(guān)鍵廠(chǎng)商包括：Robert Bosch、Denson、Honeywell、Infineon Technologies、STMicrolectronics、Analog Devices、Freescale Semiconductor等;關(guān)鍵字為Sensor等;分類(lèi)項為73*(UPC);關(guān)鍵欄位則以請求項為主。

 

針對專(zhuān)利檢索結果進(jìn)行研判與調整，最后，篩選出22,612件感測器美國核準專(zhuān)利進(jìn)行分析。

 

首先，透過(guò)資料探勘(Data Mining)功能并針對22,612件感測器專(zhuān)利進(jìn)行國家別(Country)、行業(yè)別(Sector)以及領(lǐng)域別(Field)分析。其次，針對 22,612件感測器專(zhuān)利進(jìn)行技術(shù)分類(lèi)項目比對分析，藉此掌握感測器專(zhuān)利涉及的重要技術(shù)分類(lèi)項目分布情形。

 

 

根據世界智慧財產(chǎn)組織(WIPO)發(fā)布的對照表，每一國際專(zhuān)利分類(lèi)項(IPC)皆可對應到某行業(yè)別及領(lǐng)域別，據此進(jìn)行資料探勘分析。透過(guò)資料探勘功能，并針對22,612件感測器專(zhuān)利進(jìn)行比對分析，進(jìn)一步掌握感測器專(zhuān)利所屬行業(yè)別、領(lǐng)域別分布情形。

 

首先，根據國際專(zhuān)利分類(lèi)碼(IPC)所屬行業(yè)別(Sector)進(jìn)行資料探勘比對分析，22,612件感測器專(zhuān)利所屬行業(yè)別分布，主要集中在 Instruments(40.9%)，其次則依序為Electrical Engineering(31.1%)、Mechanical engineering(22.4%)、Chemistry(3.6%)、Other Fields(2.1%)。

 

其次，根據國際專(zhuān)利分類(lèi)碼所屬領(lǐng)域別(Field)進(jìn)行資料探勘比對分析，22,612件感測器專(zhuān)利所屬領(lǐng)域別比重前十名者依序為：

 

 

整體而言，感測器專(zhuān)利所屬領(lǐng)域別分布，主要集中在量測、機械、運算科技、運輸、電氣能源裝置、控制、引擎、半導體、醫療科技、視聽(tīng)科技等。

 

近年來(lái)感測器專(zhuān)利則在醫療科技、半導體等領(lǐng)域別布局相對積極，值得科技界密切關(guān)注后續發(fā)展趨勢。

 

 

根據美國專(zhuān)利暨商標局發(fā)布的美國專(zhuān)利分類(lèi)項(UPC)對照表，每一UPC皆可對應到某技術(shù)分類(lèi)項目，據此進(jìn)行資料探勘分析。

 

透過(guò)資料探勘比對分析，共計篩選出30項感測器重要專(zhuān)利涉及的重要技術(shù)分類(lèi)項目(表1)。

 

 

整體而言，感測器專(zhuān)利所屬技術(shù)分類(lèi)項目，主要分布在測量與檢查、運輸工具/導航/相對位置(含括陀螺儀感測器技術(shù))、電氣特性-測量與檢查、通訊-電氣訊號 處理、內燃機、數據處理-校正、半導體裝置(含括半導體感測器技術(shù))、手術(shù)-放射性照射、輻射能、半導體裝置制造-制程(含括半導體感測器技術(shù))、控制系 統、光學(xué)-測量與檢查(含括光纖感測器技術(shù))、影像分析(含括影像感測器技術(shù))等。

 

近年來(lái)感測器專(zhuān)利則在半導體裝置、半導體裝置制造-制程、手術(shù)-放射性照射等技術(shù)分類(lèi)項目布局相對積極，值得科技界密切關(guān)注后續發(fā)展。

 

透過(guò)資料探勘篩選出的30項感測器專(zhuān)利涉及的重要技術(shù)分類(lèi)，進(jìn)一步根據其屬性分類(lèi)為：檢測、資料處理、網(wǎng)路傳輸、電力處理、應用、其他等類(lèi)別。

 

整體而言，專(zhuān)利布局主要集中在應用(51.0%)、檢測(28.5%)、網(wǎng)路傳輸(8.2%)等類(lèi)別，合計比重高達87.7%。其中，應用以運輸工具/導航/相對位置為主，檢測以測量與檢查為主，網(wǎng)路傳輸以通訊-電氣訊號處理為主(圖1)。

 

圖1 感測器專(zhuān)利資料探勘分析-重要技術(shù)分類(lèi)項目 圖片來(lái)源：資策會(huì )MIC，2016年2月

 

 

透過(guò)資料探勘比對分析，篩選出30項感測器專(zhuān)利涉及的重要技術(shù)分類(lèi)項目，發(fā)現主要分布在測量與檢查(17.7%)、運輸工具/導航/相對位置(9.1%)、 電氣特性-測量與檢查(7.4%)、通訊-電氣訊號處理(6.9%)、內燃機(4.9%)、數據處理-校正(4.6%)、半導體裝置(4.5%)、手術(shù)- 放射性照射(4.0%)、輻射能(3.5%)、半導體裝置制造-制程(2.8%)、控制系統(2.2%)、光學(xué)-測量與檢查(1.7%)、影像分析 (1.4%)等。

 

近年來(lái)感測器專(zhuān)利則在半導體裝置(含括半導體感測器技術(shù))、半導體裝置制造-制程(含括半導體感測器技術(shù))、手術(shù)-放射性照射等技術(shù)分類(lèi)項目布局相對積極，值得科技界密切關(guān)注后續發(fā)展。

 

建議有意跨入感測器產(chǎn)業(yè)的半導體廠(chǎng)商或是新進(jìn)廠(chǎng)商，應可鎖定半導體感測器相關(guān)技術(shù)做為新事業(yè)規劃之優(yōu)先選項，像是MEMS Sensor、Infrared Sensor、CMOS Sensor等。