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

 

感測器可以定義為：“能夠感知並檢測欲量測對象物的物理量或化學量，並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;而化學量則包括pH值、濃度、純度、濕度等。

 

 

以下介紹幾款可配備於自動化設備與控製係統的感測器，並進一步說明其技術特點
、技術發展方向以及應用領域。

 

 

影像感測器(Image Sensor)可ke從cong一yi整zheng幅fu圖tu像xiang捕bu獲huo光guang線xian的de數shu以yi千qian計ji圖tu元yuan，基ji本ben原yuan理li是shi透tou過guo光guang電dian效xiao應ying將jiang光guang線xian能neng量liang轉zhuan換huan成cheng電dian荷he
，光guang線xian越yue強qiang電dian荷he越yue多duo，這zhe些xie電dian荷he就jiu成cheng為wei判pan斷duan光guang線xian強qiang弱ruo的de依yi據ju。

 

影像感測器應用領域包括工業自動化應用，像是檢驗
、計量
、測量
、定向

、瑕疵檢測。未來技術發展方向將朝更低耗電量、更廣光線波長擷取範圍
、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(Pressure Sensor)是檢測氣體或液體之壓力強度，並將壓力強度轉換成輸出訊號;已廣泛應用於各種工業自動控製環境，涉及水利水電、鐵路交通、智慧建築、生產自 動控

、航空航太等。未來技術將朝更微型MEMS腔體結構設計、更高靈敏度檢測能力發展。

 

 

位置感測器(Position Sensor)主要應用於機器人控製係統
，如線性編碼器、旋轉編碼器、伺服馬達等;技術發展是朝更高精確度控製
、

加速度感測控製
、更微型MEMS腔體結構設計方向前進。

 

 

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 化裝備生產線對模擬量的智慧控製。技術發展朝更微型MEMS腔體結構設計、非接觸檢測技術開發、數位式檢測技術開發、更高精確度控製等方向演進。

 

 

力量感測器(Force Sensor)是用來檢測氣體、固體、液體等物質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製。技術發展朝更低耗電量
、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(Gas Sensor)能針對可燃性氣體
、毒性氣體成分進行測定，並將其轉換成輸出訊號，可用於工業自動化、礦產資源探測

、氣象觀測和遙測、生鮮保存、防盜、節能等領域。技術發展朝更快的監測反應時間

、更短的監測距離、更多氣體類型連續監測等方向精進。

 

 

半 導體感測器(Semiconductor Sensor)係利用半導體材料各種物理、化學和生物學特性製成的感測器。應用領域涵蓋工業自動化
、遙測
、工業型機器人
、家用電器
、環境汙染監測
、醫療保 健、醫藥工程、生物工程等。技術發展朝更微型MEMS腔體結構設計、更高靈敏度檢測能力、降低製造成本等方向邁進。

 

 

光纖感測器(Fiber Optic Sensor)可將來自光源的光經過光纖送入調製器(Modulator)，使待測參數與進入調製區的光相互作用後，導致光的光學性質發生變化，稱為被調 製的訊號光，再經過光纖送入光探測器
，經解調後，獲得被測參數。主要用於工業自動化領域，像是磁力
、聲波、壓力、溫度、加速度
、陀螺儀
、位移、液體、轉 矩

、聲光、電流及應變力等物理量之檢測。技術發展朝更短監測距離、提高量測光能量強度的準確性等方向精進。

 

因yin應ying全quan球qiu趨qu勢shi與yu市shi場chang變bian化hua，廠chang商shang積ji極ji提ti出chu研yan發fa計ji畫hua進jin行xing創chuang新xin技ji術shu開kai發fa，重zhong要yao的de技ji術shu成cheng果guo必bi須xu加jia以yi保bao護hu，避bi免mian因yin競jing爭zheng對dui手shou抄chao襲xi或huo模mo仿fang而er喪sang失shi競jing爭zheng優you勢shi。對dui此ci，科ke技ji界jie主zhu要yao shitouguozhuanlishenqingchengxujinxingjishuchengguobaohu，qitachangshangjiyouxitonghuazhuanlitankanyufenxi，keyilejietedinglingyuzhuanlijishuqushiyijitedingchangshangzhuanlibujudongxiang，tongshi，yedeyibimianhuoshi 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，並透過“資策會專利地圖探勘分析平台”，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投入情形
，進一步了解專利技術動向以及對產業可能造成之影響。

 

專利檢索以感測器關鍵廠商為基礎
，並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。

 

針對專利檢索結果進行研判與調整，最後，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)功能並針對22,612件感測器專利進行國家別(Country)、行業別(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。

 

 

根據世界智慧財產組織(WIPO)發布的對照表
，每一國際專利分類項(IPC)皆可對應到某行業別及領域別
，據此進行資料探勘分析。透過資料探勘功能，並針對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別、領域別分布情形。

 

首先，根據國際專利分類碼(IPC)所屬行業別(Sector)進行資料探勘比對分析，22,612件感測器專利所屬行業別分布，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：

 

 

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、控製、引擎、半導體
、醫療科技
、視聽科技等。

 

近年來感測器專利則在醫療科技、半導體等領域別布局相對積極
，值得科技界密切關注後續發展趨勢。

 

 

根據美國專利暨商標局發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、內燃機、數據處理-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、半導體裝置製造-製程(含括半導體感測器技術)
、控製係 統、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、半導體裝置製造-製程、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後續發展。

 

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，進一步根據其屬性分類為：檢測
、資料處理、網路傳輸、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

 

 

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- 放射性照射(4.0%)
、輻射能(3.5%)
、半導體裝置製造-製程(2.8%)
、控製係統(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)、半導體裝置製造-製程(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後續發展。

 

建議有意跨入感測器產業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規劃之優先選項，像是MEMS Sensor、Infrared Sensor、CMOS Sensor等。