隨著自動(dòng)化設(shè)備及控制系統(tǒng)蓬勃發(fā)展，做為電子裝置“感官”元件的感測(cè)器應(yīng)用領(lǐng)域也大幅擴(kuò)展，感測(cè)器可以說(shuō)是物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下讓智慧連網(wǎng)產(chǎn)品執(zhí)行即時(shí)互動(dòng)的關(guān)鍵元件。什么是感測(cè)器?感測(cè)器關(guān)鍵廠商專利布局重點(diǎn)有那些?技術(shù)要項(xiàng)又有那些?BOSCH、DENSO、Honeywell、Abbott、SIEMENS、STMicroelectronics、Infineon等指標(biāo)性大廠相對(duì)研發(fā)強(qiáng)度及技術(shù)要項(xiàng)布局如何?對(duì)此，本文進(jìn)行深入剖析與探討。

技術(shù)簡(jiǎn)介

感測(cè)器(Sensor)可以定義為：“能夠感知并檢測(cè)欲量測(cè)對(duì)象物的物理量或化學(xué)量，并將其轉(zhuǎn)換成可以計(jì)量的輸出訊號(hào)之裝置”。其中，量測(cè)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。

感測(cè)器可類比為人類的感覺(jué)器官(感官)，像是影像感測(cè)器(視覺(jué))、壓力感測(cè)器(聽(tīng)覺(jué))、溫度感測(cè)器(觸覺(jué))、氣體感測(cè)器(嗅覺(jué))、味感測(cè)器(味覺(jué))等。

近年來(lái)隨著自動(dòng)化設(shè)備及自動(dòng)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(cè)器應(yīng)用領(lǐng)域也大幅擴(kuò)展包括：運(yùn)輸、機(jī)械、建筑、醫(yī)療、家電、資通訊、制造加工等。

未來(lái)在物聯(lián)網(wǎng)帶動(dòng)下，智慧連網(wǎng)產(chǎn)品勢(shì)必配備更優(yōu)質(zhì)感測(cè)器以符合即時(shí)互動(dòng)要求，感測(cè)器的重要性可想而知。

影像感測(cè)器(Image Sensor)

影像感測(cè)器由于制程技術(shù)差異可區(qū)分為兩大類：CCD感測(cè)器以及CMOS感測(cè)器。其中，CCD感測(cè)器主要材質(zhì)為矽晶半導(dǎo)體，基本原理是透過(guò)光電效應(yīng)將光線能量轉(zhuǎn)換成電荷，光線越強(qiáng)、電荷越多，這些電荷就成為判斷光線強(qiáng)弱的依據(jù)。

CMOS感測(cè)器為可記錄光線強(qiáng)弱變化的半導(dǎo)體，是利用矽和鍺兩種材質(zhì)做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N極(帶負(fù)電)、P極(帶正電)的半導(dǎo)體，這兩個(gè)互補(bǔ)效果的電極會(huì)對(duì)光線產(chǎn)生電流變化，并將光線強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換成輸出訊號(hào)。

影像感測(cè)器應(yīng)用領(lǐng)域包括：智慧型手機(jī)、數(shù)位相機(jī)、遠(yuǎn)端居家監(jiān)視、機(jī)器人、汽車、建筑等。

壓力感測(cè)器(Pressure Sensor)

壓力感測(cè)器是檢測(cè)氣體或液體之壓力強(qiáng)度，并將壓力強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成輸出訊號(hào)。依據(jù)材料差異可區(qū)分為：陶瓷感測(cè)器、電容感測(cè)器、半導(dǎo)體感測(cè)器、壓電感測(cè)器等。

壓力感測(cè)器應(yīng)用領(lǐng)域包括：氣象、喇叭、麥克風(fēng)、汽車、機(jī)器人、建筑等領(lǐng)域。

溫度感測(cè)器(Temperature Sensor)

溫度感測(cè)器藉由對(duì)溫度變化極為敏感的材料進(jìn)行溫度值測(cè)定，并將其轉(zhuǎn)換成輸出訊號(hào)。依據(jù)材料差異可區(qū)分為：熱敏電阻感測(cè)器、白金感溫電阻感測(cè)器、熱電偶感測(cè)器等。

溫度感測(cè)器應(yīng)用領(lǐng)域廣泛包括：智慧手環(huán)、智慧家庭感測(cè)控制裝置、機(jī)器、汽車、氣象、建筑等。

氣體感測(cè)器(Gas Sensor)

氣體感測(cè)器針對(duì)可燃性氣體、毒性氣體成分進(jìn)行測(cè)定，并將其轉(zhuǎn)換成輸出訊號(hào)。依據(jù)材料差異可區(qū)分為：半導(dǎo)體感測(cè)器、電化學(xué)感測(cè)器、催化燃燒感測(cè)器、熱導(dǎo)感測(cè)器、紅外線感測(cè)器等。

氣體感測(cè)器應(yīng)用領(lǐng)域包括：家庭、辦公大樓、礦場(chǎng)、工場(chǎng)、汽車等。

味感測(cè)器(Taste Sensor)

人類舌頭上的味覺(jué)細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)與外側(cè)由氯化鈉(NaCl)、氯化鉀(KCl)不同離子濃度的鹽水填滿，當(dāng)鉀離子從內(nèi)往外流時(shí)會(huì)產(chǎn)生膜電位變化，若味覺(jué)細(xì)胞膜吸附味道原因離子或化學(xué)物質(zhì)，味覺(jué)細(xì)胞膜會(huì)產(chǎn)生膜電位變化，并透過(guò)味覺(jué)細(xì)胞后端的神經(jīng)再將電位變化傳給大腦，此時(shí)，人類就會(huì)感覺(jué)到味道。

味感測(cè)器就是藉由對(duì)離子濃度進(jìn)行電位差測(cè)定，并將其電位差值轉(zhuǎn)換成輸出訊號(hào)。味感測(cè)器應(yīng)用領(lǐng)域包括：食品檢測(cè)、醫(yī)療檢測(cè)等。

美商相對(duì)投入更多研發(fā)資源發(fā)展醫(yī)療用途感測(cè)器技術(shù)，目的是布局智慧醫(yī)療產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)與商機(jī)。

專利探勘

檢索策略

針對(duì)感測(cè)器(Sensor)進(jìn)行專利探勘分析，藉此深入瞭解感測(cè)器領(lǐng)域重要專利權(quán)利人(Assignee)專利布局情形及對(duì)產(chǎn)業(yè)可能造成之影響。

擬定如下專利檢索策略與執(zhí)行步驟：

選擇專利資料庫(kù)

選定美國(guó)專利暨商標(biāo)局(USPTO)專利資料庫(kù)做為此次專利探勘分析主要資料來(lái)源。

擬定檢索關(guān)鍵字

首先，透過(guò)技術(shù)論文、新聞報(bào)導(dǎo)、關(guān)鍵廠商、訴訟案件、關(guān)鍵詞匯、專利分類、科技部落格等相關(guān)訊息的搜尋與瀏覽，標(biāo)定出感測(cè)器專利檢索重要特征訊息，并采用“資策會(huì)專利地圖分析探勘平臺(tái)”進(jìn)行專利檢索與分析任務(wù)。

其次，進(jìn)一步設(shè)定專利申請(qǐng)日期(31995)、專利分類碼、關(guān)鍵廠商、關(guān)鍵詞匯等做為感測(cè)器專利探勘檢索。

另外，搭配專利名稱(Title)、專利摘要(Abstract)、專利請(qǐng)求項(xiàng)(Claim)等欄位進(jìn)行關(guān)鍵詞匯的輸入與檢索。

篩選資料

針對(duì)專利檢索初步結(jié)果進(jìn)行研判與調(diào)整，另外，再加上相關(guān)引證專利進(jìn)行探勘資料補(bǔ)強(qiáng)，最后，共計(jì)篩選出35,423件感測(cè)器專利進(jìn)行探勘分析。

趨勢(shì)分析

文字探勘(Text Mining)

文字探勘(Text Mining)結(jié)果篩選出28項(xiàng)感測(cè)器專利布局之技術(shù)重點(diǎn)。值得注意的是，感測(cè)器重要類別以及相對(duì)應(yīng)專利透過(guò)文字探勘明確篩選出來(lái)，包括：影像感測(cè)器(5,789件專利)、溫度感測(cè)器(3,701件專利)、壓力感測(cè)器(3,565件專利)、氣體感測(cè)器(2,500件專利)、加速感測(cè)器(1,037件專利)、轉(zhuǎn)矩感測(cè)器(494件專利)、觸控感測(cè)器(483件專利)、血糖感測(cè)器(418件專利)、超音波感測(cè)器(367件專利)。

另外，分析物感測(cè)器(968件專利)、無(wú)線感測(cè)器(950件專利)、感測(cè)器節(jié)點(diǎn)(926件專利)、角速度感測(cè)器(337件專利)、工作電極(317件專利)也是感測(cè)器重要的技術(shù)要項(xiàng)。

資料探勘(Data Mining)

透過(guò)資料探勘(Data Mining)功能針對(duì)35,423件感測(cè)器專利進(jìn)行比對(duì)分析，進(jìn)而掌握感測(cè)器專利所屬行業(yè)別(Sector)、領(lǐng)域別(Field)分布情形。

值得注意的是，測(cè)量(Measurement)占領(lǐng)域別比重最高達(dá)到37.9%，諸如：各式各樣感測(cè)及其量測(cè)技術(shù)皆含括在測(cè)量領(lǐng)域。

另外，值得一提的是，測(cè)量(Measurement)結(jié)合運(yùn)輸(Transport)構(gòu)成運(yùn)輸感測(cè)器應(yīng)用技術(shù)，測(cè)量結(jié)合醫(yī)療技術(shù)(Medical technology)構(gòu)成醫(yī)療感測(cè)器應(yīng)用技術(shù)，測(cè)量結(jié)合機(jī)器構(gòu)成機(jī)器感測(cè)器應(yīng)用技術(shù)，后續(xù)可進(jìn)一步展開(kāi)為運(yùn)輸感測(cè)器、醫(yī)療感測(cè)器、機(jī)器感測(cè)器等專題研究。

相對(duì)研發(fā)強(qiáng)度分析

透過(guò)“資策會(huì)專利地圖分析探勘平臺(tái)”資料探勘(Data Mining)功能，并針對(duì)感測(cè)器專利權(quán)利人(Assignee)相對(duì)研發(fā)強(qiáng)度進(jìn)行分析，評(píng)比項(xiàng)目包括：專利件數(shù)、他人引證次數(shù)、自我引證次數(shù)、發(fā)明人數(shù)、平均專利年齡、活動(dòng)年期等。

資料探勘結(jié)果挑選出30家相對(duì)重要的感測(cè)器專利權(quán)利人進(jìn)行相對(duì)研發(fā)強(qiáng)度分析，藉此瞭解其擁有的專利權(quán)對(duì)感測(cè)器的產(chǎn)業(yè)影響力。

進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，德商BOSCH在感測(cè)器相對(duì)研發(fā)強(qiáng)度表現(xiàn)較佳，主要原因?yàn)閷＠?shù)、發(fā)明人數(shù)等評(píng)比項(xiàng)目高于其他29家專利權(quán)利人所致。

很明顯地，感測(cè)器以美商、日商、歐商較具研發(fā)能力，未來(lái)在物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)帶領(lǐng)下，美、日、歐等國(guó)感測(cè)器主要制造商將持續(xù)影響智慧連網(wǎng)產(chǎn)品所屬感測(cè)技術(shù)之發(fā)展，值得相關(guān)科技界密切注意上述主要制造商近期開(kāi)發(fā)成果與專利布局動(dòng)向。

技術(shù)要項(xiàng)布局分析

透過(guò)文字探勘(Text Mining)篩選出的28項(xiàng)感測(cè)器技術(shù)要項(xiàng)，并對(duì)應(yīng)30家相對(duì)研發(fā)強(qiáng)度較強(qiáng)的專利權(quán)利人進(jìn)行技術(shù)要項(xiàng)布局分析，藉此瞭解感測(cè)器重要專利權(quán)利人技術(shù)開(kāi)發(fā)動(dòng)向之差異。

進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，美商在醫(yī)療用途感測(cè)器技術(shù)的布局遠(yuǎn)高過(guò)于歐商以及日商，因?yàn)椋淖痔娇苯Y(jié)果中與醫(yī)療用途直接相關(guān)的技術(shù)要項(xiàng)包括：分析物感測(cè)器(Analyte Sensor)以及血糖感測(cè)器(Glucose Sensor)。其中，分析物感測(cè)器有373件專利，美商占359件、比重達(dá)96.2%，而握有相關(guān)專利的美商包括：Honeywell、MEDTRONIC、DexCom、Abbott、OmniVision、General Electric、COVIDIEN LP、FORD等。

另一方面，血糖感測(cè)器有304件專利，美商占297件、比重達(dá)97.7%，并且握有相關(guān)專利的美商包括：JP MORGAN CHASE BANK(投資銀行)、MEDTRONIC、DexCom、Abbott等。

很明顯地，歐商及日商較著重發(fā)展資通訊、建筑、機(jī)械、汽車用途感測(cè)器技術(shù)，像是影像感測(cè)器(Image Sensor)、壓力感測(cè)器(Pressure Sensor)、溫度感測(cè)器(Temperature Sensor)、氣體感測(cè)器(Gas Sensor)、觸控感測(cè)器(Touch Sensor)、轉(zhuǎn)矩感測(cè)器(Torque Sensor)、超音波感測(cè)器(Ultrasonic Sensor)、角速度感測(cè)器(Angular Velocity Sensor)等。

另一方面，美商則相對(duì)投入更多研發(fā)資源發(fā)展醫(yī)療用途感測(cè)器技術(shù)。顯然，美商目的就是為了要掌握智慧醫(yī)療產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)與市場(chǎng)先機(jī)，此布局動(dòng)向值得相關(guān)科技界密切關(guān)注其后續(xù)發(fā)展演變。

日商及歐商相對(duì)著重發(fā)展資通訊、汽車、建筑、機(jī)械用途感測(cè)器技術(shù)，深耕感測(cè)器目前主要用途。

MIC觀點(diǎn)

測(cè)器核心技術(shù)集中于美、日、歐廠商手中，美商積極布局醫(yī)療用途，日商及歐商相對(duì)著重發(fā)展資通訊、汽車、建筑、機(jī)械用途。

針對(duì)感測(cè)器進(jìn)行相對(duì)研發(fā)強(qiáng)度分析、技術(shù)要項(xiàng)布局分析發(fā)現(xiàn)，感測(cè)器以美商、日商、歐商較具研發(fā)能力，因?yàn)橄鄬?duì)研發(fā)強(qiáng)度TOP 30廠商中，美商占有11家、日商占有9家、歐商占有7家。

另外，感測(cè)器技術(shù)要項(xiàng)布局分析發(fā)現(xiàn)，美商、日商、歐商投入研發(fā)資源積極發(fā)展資通訊、汽車、建筑、機(jī)械、醫(yī)療用途感測(cè)器技術(shù)。

其中，美商在醫(yī)療用途感測(cè)器技術(shù)的布局遠(yuǎn)高過(guò)于日商及歐商，因?yàn)槲淖痔娇苯Y(jié)果發(fā)現(xiàn)血糖感測(cè)器專利美商占比重達(dá)97.7%、分析物感測(cè)器專利美商占比重達(dá)96.2%。

很明顯地，美商相對(duì)投入更多研發(fā)資源發(fā)展醫(yī)療用途感測(cè)器技術(shù)，其目的就是布局智慧醫(yī)療產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)與商機(jī)。反觀日商及歐商相對(duì)著重發(fā)展資通訊、汽車、建筑、機(jī)械用途感測(cè)器技術(shù)，深耕感測(cè)器目前主要用途。

未來(lái)在物聯(lián)網(wǎng)帶領(lǐng)下，美、日、歐等國(guó)主要感測(cè)器制造商將持續(xù)影響智慧連網(wǎng)產(chǎn)品所屬感測(cè)技術(shù)之發(fā)展與應(yīng)用，值得相關(guān)科技界密切注意上述主要制造商近期開(kāi)發(fā)成果與專利布局動(dòng)向。