近年來隨著自動化設備及自動化控制系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展,，做為電子裝置“感官”元件的感測器應用領域也大幅擴展,，傳感器領域迎來新一輪騰飛。

　　感測器(Sensor)可以說是物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things， IoT)架構下,，讓智慧自動化設備與智慧聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，像是智慧機器人,、智慧工廠,、智慧電動車、智慧手環(huán),、智慧醫(yī)療裝置,、智慧家電、智慧行動電話等,，執(zhí)行即時互動的關鍵元件,。

　　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量，并將其轉(zhuǎn)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,；而化學量則包括pH值,、濃度、純度,、濕度等,。

　　感測器種類多樣

　　以下介紹幾款可配備于自動化設備與控制系統(tǒng)的感測器，并進一步說明其技術特點,、技術發(fā)展方向以及應用領域,。

　　影像感測器

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

　　影像感測器應用領域包括工業(yè)自動化應用，像是檢驗,、計量,、測量、定向,、瑕疵檢測,。未來技術發(fā)展方向?qū)⒊秃碾娏俊⒏鼜V光線波長擷取范圍,、更高精密度檢測辨識,、更快檢測辨識速度等邁進。

　　壓力感測器

　　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(zhuǎn)換成輸出訊號,；已廣泛應用于各種工業(yè)自動控制環(huán)境，涉及水利水電,、鐵路交通,、智慧建筑、生產(chǎn)自 動控,、航空航太等,。未來技術將朝更微型MEMS腔體結(jié)構設計、更高靈敏度檢測能力發(fā)展,。

　　位置感測器

　　位置感測器(Position Sensor)主要應用于機器人控制系統(tǒng),，如線性編碼器、旋轉(zhuǎn)編碼器,、伺服馬達等,；技術發(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(jié)構設計方向前進,。

　　位移感測器

　　位 移感測器(Level Sensor)，又稱為線性感測器,，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 化裝備生產(chǎn)線對模擬量的智慧控制,。技術發(fā)展朝更微型MEMS腔體結(jié)構設計,、非接觸檢測技術開發(fā)、數(shù)位式檢測技術開發(fā)、更高精確度控制等方向演進,。

　　力量感測器

　　力量感測器(Force Sensor)是用來檢測氣體,、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。技術發(fā)展朝更低耗電量,、更快的檢測反應時間,、更高精確度檢測辨識等方向前進。

　　氣體感測器

　　氣體感測器(Gas Sensor)能針對可燃性氣體,、毒性氣體成分進行測定,，并將其轉(zhuǎn)換成輸出訊號，可用于工業(yè)自動化,、礦產(chǎn)資源探測,、氣象觀測和遙測,、生鮮保存,、防盜、節(jié)能等領域,。技術發(fā)展朝更快的監(jiān)測反應時間,、更短的監(jiān)測距離、更多氣體類型連續(xù)監(jiān)測等方向精進,。

　　半導體感測器

　　半 導體感測器(Semiconductor Sensor)系利用半導體材料各種物理,、化學和生物學特性制成的感測器。應用領域涵蓋工業(yè)自動化,、遙測,、工業(yè)型機器人、家用電器,、環(huán)境污染監(jiān)測,、醫(yī)療保 健、醫(yī)藥工程,、生物工程等,。技術發(fā)展朝更微型MEMS腔體結(jié)構設計、更高靈敏度檢測能力,、降低制造成本等方向邁進,。

　　光纖感測器

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

　　因應全球趨勢與市場變化,，廠商積極提出研發(fā)計劃進行創(chuàng)新技術開發(fā)，重要的技術成果必須加以保護,，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 是透過專利申請程序進行技術成果保護,，其他廠商藉由系統(tǒng)化專利探勘與分析,，可以了解特定領域?qū)＠夹g趨勢以及特定廠商專利布局動向，同時,，也得以避免或是 提早因應未來可能招致的專利侵權威脅,。

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

　　針對感測器進行專利分析,，藉此掌握感測器國際研發(fā)投入情形,，進一步了解專利技術動向以及對產(chǎn)業(yè)可能造成之影響。

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

　　針對專利檢索結(jié)果進行研判與調(diào)整,，最后,，篩選出22，612件感測器美國核準專利進行分析,。

　　首 先,，透過資料探勘(Data Mining)功能并針對22，612件感測器專利進行國家別(Country),、行業(yè)別(Sector)以及領域別(Field)分析,。其次，針對 22,，612件感測器專利進行技術分類項目比對分析,，藉此掌握感測器專利涉及的重要技術分類項目分布情形。

　　醫(yī)療/半導體領域?qū)＠苤匾?/strong>

　　根據(jù)世界智慧財產(chǎn)組織(WIPO)發(fā)布的對照表,，每一國際專利分類項(IPC)皆可對應到某行業(yè)別及領域別,，據(jù)此進行資料探勘分析,。透過資料探勘功能,，并針對22，612件感測器專利進行比對分析,，進一步掌握感測器專利所屬行業(yè)別,、領域別分布情形。

　　首 先,，根據(jù)國際專利分類碼(IPC)所屬行業(yè)別(Sector)進行資料探勘比對分析,，22，612件感測器專利所屬行業(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(jù)國際專利分類碼所屬領域別(Field)進行資料探勘比對分析,，22,，612件感測器專利所屬領域別比重前十名者依序為：

　　1. Measurement(27.2%)

　　2. Computer technology(10.9%)

　　3. Transport(10.0%)

　　4. Electrical machinery， apparatus,， energy(9.1%)

　　5. Control(7.6%)

　　6. Engines,， pumps， turbines(6.2%)

　　7. Semiconductors(4.6%)

　　8. Medical technology(4.3%)

　　9. Audio-visual technology(3.1%)

　　10. Mechanical elements(2.1%),。

　　整體而言,，感測器專利所屬領域別分布，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(yī)療科技、視聽科技等,。

　　近年來感測器專利則在醫(yī)療科技,、半導體等領域別布局相對積極，值得科技界密切關注后續(xù)發(fā)展趨勢,。

　　專利技術分類項目分析

　　根據(jù)美國專利暨商標局發(fā)布的美國專利分類項(UPC)對照表,，每一UPC皆可對應到某技術分類項目，據(jù)此進行資料探勘分析,。

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

　　整 體而言,，感測器專利所屬技術分類項目,，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),、電氣特性-測量與檢查,、通訊-電氣訊號 處理、內(nèi)燃機,、數(shù)據(jù)處理-校正,、半導體裝置(含括半導體感測器技術)、手術-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)、控制系 統(tǒng),、光學-測量與檢查(含括光纖感測器技術),、影像分析(含括影像感測器技術)等,。

　　近年來感測器專利則在半導體裝置、半導體裝置制造-制程,、手術-放射性照射等技術分類項目布局相對積極,，值得科技界密切關注后續(xù)發(fā)展。

　　透過資料探勘篩選出的30項感測器專利涉及的重要技術分類,，進一步根據(jù)其屬性分類為：檢測,、資料處理、網(wǎng)路傳輸,、電力處理,、應用、其他等類別,。

　　整體而言,，專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 感測器專利資料探勘分析-重要技術分類項目 圖片來源：資策會MIC,，2016年2月

　　測量/檢查為核心技術 半導體相關技術布局漸增

　　透 過資料探勘比對分析，篩選出30項感測器專利涉及的重要技術分類項目,，發(fā)現(xiàn)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(nèi)燃機(4.9%),、數(shù)據(jù)處理-校正(4.6%),、半導體裝置(4.5%)、手術- 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(tǒng)(2.2%),、光學-測量與檢查(1.7%),、影像分析 (1.4%)等。

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

　　建議有意跨入感測器產(chǎn)業(yè)的半導體廠商或是新進廠商,，應可鎖定半導體感測器相關技術做為新事業(yè)規(guī)劃之優(yōu)先選項,，像是MEMS Sensor、Infrared Sensor,、CMOS Sensor等,。