物联网风潮扩展传感器应用 专利布局动作频频
感测器（sensor）可以说是物联网（internet of things， iot）架构下，让智慧自动化设备与智慧联网产品，像是智慧机器人、智慧工厂、智慧电动车、智慧手环、智慧医疗装置、智慧家电、智慧行动电话等，执行即时互动的关键元件。
感测器可以定义为：“能够感知并检测欲量测对象物的物理量或化学量，并将其转换成可以计量的输出讯号之装置”。其中，量测的物理量，包括温度、压力、磁性、光等;而化学量则包括ph值、浓度、纯度、湿度等。
近年来随着自动化设备及自动化控制系统的蓬勃发展，做为电子装置“感官”元件的感测器应用领域也大幅扩展，包括运输、机械、建筑、化学、食品、医疗、家电、资通讯、制造加工等。
感测器种类多样
以下介绍几款可配备于自动化设备与控制系统的感测器，并进一步说明其技术特点、技术发展方向以及应用领域。
影像感测器
影像感测器（image sensor）可从一整幅图像捕获光线的数以千计图元，基本原理是透过光电效应将光线能量转换成电荷，光线越强电荷越多，这些电荷就成为判断光线强弱的依据。
影像感测器应用领域包括工业自动化应用，像是检验、计量、测量、定向、瑕疵检测。未来技术发展方向将朝更低耗电量、更广光线波长撷取范围、更高精密度检测辨识、更快检测辨识速度等迈进。
压力感测器
压 力感测器（pressure sensor）是检测气体或液体之压力强度，并将压力强度转换成输出讯号;已广泛应用于各种工业自动控制环境，涉及水利水电、铁路交通、智慧建筑、生产自 动控、航空航太等。未来技术将朝更微型mems腔体结构设计、更高灵敏度检测能力发展。
位置感测器
位置感测器（position sensor）主要应用于机器人控制系统，如线性编码器、旋转编码器、伺服马达等;技术发展是朝更高精确度控制、加速度感测控制、更微型mems腔体结构设计方向前进。
位移感测器
位移感测器（level sensor），又称为线性感测器，分为电感式位移感测器、电容式位移感测器、光电式位移感测器、超音波式位移感测器、霍尔式位移感测器;主要应用在自动 化装备生产线对模拟量的智慧控制。技术发展朝更微型mems腔体结构设计、非接触检测技术开发、数位式检测技术开发、更高精确度控制等方向演进。
力量感测器
力量感测器（force sensor）是用来检测气体、固体、液体等物质间相互作用力的感测器，多应用在力度检测，如机器人手臂抓取物件力度大小的控制。技术发展朝更低耗电量、更快的检测反应时间、更高精确度检测辨识等方向前进。
气体感测器
气体感测器（gas sensor）能针对可燃性气体、毒性气体成分进行测定，并将其转换成输出讯号，可用于工业自动化、矿产资源探测、气象观测和遥测、生鲜保存、防盗、节能等领域。技术发展朝更快的监测反应时间、更短的监测距离、更多气体类型连续监测等方向精进。
半导体感测器
半 导体感测器（semiconductor sensor）系利用半导体材料各种物理、化学和生物学特性制成的感测器。应用领域涵盖工业自动化、遥测、工业型机器人、家用电器、环境污染监测、医疗保 健、医药工程、生物工程等。技术发展朝更微型mems腔体结构设计、更高灵敏度检测能力、降低制造成本等方向迈进。
光纤感测器
光 纤感测器（fiber optic sensor）可将来自光源的光经过光纤送入调制器（modulator），使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质发生变化，称为被调 制的讯号光，再经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。主要用于工业自动化领域，像是磁力、声波、压力、温度、加速度、陀螺仪、位移、液体、转 矩、声光、电流及应变力等物理量之检测。技术发展朝更短监测距离、提高量测光能量强度的准确性等方向精进。
因应全球趋势与市场变化，厂商积极提出研发计画进行创新技术开发，重要的技术成果必须加以保护，避免因竞争对手抄袭或模仿而丧失竞争优势。对此，科技界主要 是透过专利申请程序进行技术成果保护，其他厂商藉由系统化专利探勘与分析，可以了解特定领域专利技术趋势以及特定厂商专利布局动向，同时，也得以避免或是 提早因应未来可能招致的专利侵权威胁。
本文以美国专利暨商标局（uspto）公告的核准专利做为专利检索资料来源，并透过“资策会专利地图探勘分析平台”，进行专利检索、专利分析以及专利资料下载与整理。
针对感测器进行专利分析，藉此掌握感测器国际研发投入情形，进一步了解专利技术动向以及对产业可能造成之影响。
专利检索以感测器关键厂商为基础，并佐以关键字及关键栏位等项目进行检索。其中，关键厂商包括：robert bosch、denson、honeywell、infineon technologies、stmicrolectronics、analog devices、freescale semiconductor等;关键字为sensor等;分类项为73*（upc）;关键栏位则以请求项为主。
针对专利检索结果进行研判与调整，最后，筛选出22，612件感测器美国核准专利进行分析。
首 先，透过资料探勘（data mining）功能并针对22，612件感测器专利进行国家别（country）、行业别（sector）以及领域别（field）分析。其次，针对 22，612件感测器专利进行技术分类项目比对分析，藉此掌握感测器专利涉及的重要技术分类项目分布情形。
医疗/半导体领域专利受重视
根据世界智慧财产组织（wipo）发布的对照表，每一国际专利分类项（ipc）皆可对应到某行业别及领域别，据此进行资料探勘分析。透过资料探勘功能，并针对22，612件感测器专利进行比对分析，进一步掌握感测器专利所属行业别、领域别分布情形。
首 先，根据国际专利分类码（ipc）所属行业别（sector）进行资料探勘比对分析，22，612件感测器专利所属行业别分布，主要集中在 instruments（40.9%），其次则依序为electrical engineering（31.1%）、mechanical engineering（22.4%）、chemistry（3.6%）、other fields（2.1%）。
其次，根据国际专利分类码所属领域别（field）进行资料探勘比对分析，22，612件感测器专利所属领域别比重前十名者依序为：
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%）。
整体而言，感测器专利所属领域别分布，主要集中在量测、机械、运算科技、运输、电气能源装置、控制、引擎、半导体、医疗科技、视听科技等。
近年来感测器专利则在医疗科技、半导体等领域别布局相对积极，值得科技界密切关注后续发展趋势。
专利技术分类项目分析
根据美国专利暨商标局发布的美国专利分类项（upc）对照表，每一upc皆可对应到某技术分类项目，据此进行资料探勘分析。
透过资料探勘比对分析，共计筛选出30项感测器重要专利涉及的重要技术分类项目（表1）。
整 体而言，感测器专利所属技术分类项目，主要分布在测量与检查、运输工具/导航/相对位置（含括陀螺仪感测器技术）、电气特性-测量与检查、通讯-电气讯号 处理、内燃机、数据处理-校正、半导体装置（含括半导体感测器技术）、手术-放射性照射、辐射能、半导体装置制造-制程（含括半导体感测器技术）、控制系 统、光学-测量与检查（含括光纤感测器技术）、影像分析（含括影像感测器技术）等。
近年来感测器专利则在半导体装置、半导体装置制造-制程、手术-放射性照射等技术分类项目布局相对积极，值得科技界密切关注后续发展。
透过资料探勘筛选出的30项感测器专利涉及的重要技术分类，进一步根据其属性分类为：检测、资料处理、网路传输、电力处理、应用、其他等类别。
整体而言，专利布局主要集中在应用（51.0%）、检测（28.5%）、网路传输（8.2%）等类别，合计比重高达87.7%。其中，应用以运输工具/导航/相对位置为主，检测以测量与检查为主，网路传输以通讯-电气讯号处理为主（图1）。
图1 感测器专利资料探勘分析-重要技术分类项目 图片来源：资策会mic，2016年2月
测量/检查为核心技术 半导体相关技术布局渐增
透 过资料探勘比对分析，筛选出30项感测器专利涉及的重要技术分类项目，发现主要分布在测量与检查（17.7%）、运输工具/导航/相对位置（9.1%）、 电气特性-测量与检查（7.4%）、通讯-电气讯号处理（6.9%）、内燃机（4.9%）、数据处理-校正（4.6%）、半导体装置（4.5%）、手术- 放射性照射（4.0%）、辐射能（3.5%）、半导体装置制造-制程（2.8%）、控制系统（2.2%）、光学-测量与检查（1.7%）、影像分析 （1.4%）等。
近年来感测器专利则在半导体装置（含括半导体感测器技术）、半导体装置制造-制程（含括半导体感测器技术）、手术-放射性照射等技术分类项目布局相对积极，值得科技界密切关注后续发展。
建议有意跨入感测器产业的半导体厂商或是新进厂商，应可锁定半导体感测器相关技术做为新事业规划之优先选项，像是mems sensor、infrared sensor、cmos sensor等。
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以下介绍几款可配备于自动化设备与控制系统的感测器，并进一步说明其技术特点、技术发展方向以及应用领域。
影像感测器
影像感测器（image sensor）可从一整幅图像捕获光线的数以千计图元，基本原理是透过光电效应将光线能量转换成电荷，光线越强电荷越多，这些电荷就成为判断光线强弱的依据。
影像感测器应用领域包括工业自动化应用，像是检验、计量、测量、定向、瑕疵检测。未来技术发展方向将朝更低耗电量、更广光线波长撷取范围、更高精密度检测辨识、更快检测辨识速度等迈进。
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压 力感测器（pressure sensor）是检测气体或液体之压力强度，并将压力强度转换成输出讯号;已广泛应用于各种工业自动控制环境，涉及水利水电、铁路交通、智慧建筑、生产自 动控、航空航太等。未来技术将朝更微型mems腔体结构设计、更高灵敏度检测能力发展。
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位置感测器（position sensor）主要应用于机器人控制系统，如线性编码器、旋转编码器、伺服马达等;技术发展是朝更高精确度控制、加速度感测控制、更微型mems腔体结构设计方向前进。
位移感测器
位移感测器（level sensor），又称为线性感测器，分为电感式位移感测器、电容式位移感测器、光电式位移感测器、超音波式位移感测器、霍尔式位移感测器;主要应用在自动 化装备生产线对模拟量的智慧控制。技术发展朝更微型mems腔体结构设计、非接触检测技术开发、数位式检测技术开发、更高精确度控制等方向演进。
力量感测器
力量感测器（force sensor）是用来检测气体、固体、液体等物质间相互作用力的感测器，多应用在力度检测，如机器人手臂抓取物件力度大小的控制。技术发展朝更低耗电量、更快的检测反应时间、更高精确度检测辨识等方向前进。
气体感测器
气体感测器（gas sensor）能针对可燃性气体、毒性气体成分进行测定，并将其转换成输出讯号，可用于工业自动化、矿产资源探测、气象观测和遥测、生鲜保存、防盗、节能等领域。技术发展朝更快的监测反应时间、更短的监测距离、更多气体类型连续监测等方向精进。
半导体感测器
半 导体感测器（semiconductor sensor）系利用半导体材料各种物理、化学和生物学特性制成的感测器。应用领域涵盖工业自动化、遥测、工业型机器人、家用电器、环境污染监测、医疗保 健、医药工程、生物工程等。技术发展朝更微型mems腔体结构设计、更高灵敏度检测能力、降低制造成本等方向迈进。
光纤感测器
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针对专利检索结果进行研判与调整，最后，筛选出22，612件感测器美国核准专利进行分析。
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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%）。
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近年来感测器专利则在医疗科技、半导体等领域别布局相对积极，值得科技界密切关注后续发展趋势。
专利技术分类项目分析
根据美国专利暨商标局发布的美国专利分类项（upc）对照表，每一upc皆可对应到某技术分类项目，据此进行资料探勘分析。
透过资料探勘比对分析，共计筛选出30项感测器重要专利涉及的重要技术分类项目（表1）。
整 体而言，感测器专利所属技术分类项目，主要分布在测量与检查、运输工具/导航/相对位置（含括陀螺仪感测器技术）、电气特性-测量与检查、通讯-电气讯号 处理、内燃机、数据处理-校正、半导体装置（含括半导体感测器技术）、手术-放射性照射、辐射能、半导体装置制造-制程（含括半导体感测器技术）、控制系 统、光学-测量与检查（含括光纤感测器技术）、影像分析（含括影像感测器技术）等。
近年来感测器专利则在半导体装置、半导体装置制造-制程、手术-放射性照射等技术分类项目布局相对积极，值得科技界密切关注后续发展。
透过资料探勘筛选出的30项感测器专利涉及的重要技术分类，进一步根据其属性分类为：检测、资料处理、网路传输、电力处理、应用、其他等类别。
整体而言，专利布局主要集中在应用（51.0%）、检测（28.5%）、网路传输（8.2%）等类别，合计比重高达87.7%。其中，应用以运输工具/导航/相对位置为主，检测以测量与检查为主，网路传输以通讯-电气讯号处理为主（图1）。
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透 过资料探勘比对分析，筛选出30项感测器专利涉及的重要技术分类项目，发现主要分布在测量与检查（17.7%）、运输工具/导航/相对位置（9.1%）、 电气特性-测量与检查（7.4%）、通讯-电气讯号处理（6.9%）、内燃机（4.9%）、数据处理-校正（4.6%）、半导体装置（4.5%）、手术- 放射性照射（4.0%）、辐射能（3.5%）、半导体装置制造-制程（2.8%）、控制系统（2.2%）、光学-测量与检查（1.7%）、影像分析 （1.4%）等。
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