隨著自動化設備及控制系統蓬勃發展，做為電子裝置「感官」元件的感測器應用領域也大幅擴展，感測器可以說是物聯網架構下讓智慧連網產品執行即時互動的關鍵元件。什麼是感測器？感測器關鍵廠商專利佈局重點有那些？技術要項又有那些？BOSCH、DENSO、Honeywell、Abbott、SIEMENS、STMicroelectronics、Infineon等指標性大廠相對研發強度及技術要項佈局如何？對此，本文進行深入剖析與探討。

刊頭

技術簡介

感測器（Sensor）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。

感測器可類比為人類的感覺器官（感官），像是影像感測器（視覺）、壓力感測器（聽覺）、溫度感測器（觸覺）、氣體感測器（嗅覺）、味感測器（味覺）等。

近年來隨著自動化設備及自動化控制系統的蓬勃發展，做為電子裝置「感官」元件的感測器應用領域也大幅擴展包括：運輸、機械、建築、醫療、家電、資通訊、製造加工等。

未來在物聯網帶動下，智慧連網產品勢必配備更優質感測器以符合即時互動要求，感測器的重要性可想而知。

影像感測器（Image Sensor）

影像感測器由於製程技術差異可區分為兩大類：CCD感測器以及CMOS感測器。其中，CCD感測器主要材質為矽晶半導體，基本原理是透過光電效應將光線能量轉換成電荷，光線越強、電荷越多，這些電荷就成為判斷光線強弱的依據。

CMOS感測器為可記錄光線強弱變化的半導體，是利用矽和鍺兩種材質做成的半導體，使其在CMOS上共存著帶N極（帶負電）、P極（帶正電）的半導體，這兩個互補效果的電極會對光線產生電流變化，並將光線強弱轉換成輸出訊號。

影像感測器應用領域包括：智慧型手機、數位相機、遠端居家監視、機器人、汽車、建築等。

圖一

壓力感測器（Pressure Sensor）

壓力感測器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。依據材料差異可區分為：陶瓷感測器、電容感測器、半導體感測器、壓電感測器等。

壓力感測器應用領域包括：氣象、喇叭、麥克風、汽車、機器人、建築等領域。

溫度感測器（Temperature Sensor）

溫度感測器藉由對溫度變化極為敏感的材料進行溫度值測定，並將其轉換成輸出訊號。依據材料差異可區分為：熱敏電阻感測器、白金感溫電阻感測器、熱電偶感測器等。

溫度感測器應用領域廣泛包括：智慧手環、智慧家庭感測控制裝置、機器、汽車、氣象、建築等。

氣體感測器（Gas Sensor）

氣體感測器針對可燃性氣體、毒性氣體成分進行測定，並將其轉換成輸出訊號。依據材料差異可區分為：半導體感測器、電化學感測器、催化燃燒感測器、熱導感測器、紅外線感測器等。

氣體感測器應用領域包括：家庭、辦公大樓、礦場、工場、汽車等。

味感測器（Taste Sensor）

人類舌頭上的味覺細胞膜內側與外側由氯化鈉（NaCl）、氯化鉀（KCl）不同離子濃度的鹽水填滿，當鉀離子從內往外流時會產生膜電位變化，若味覺細胞膜吸附味道原因離子或化學物質，味覺細胞膜會產生膜電位變化，並透過味覺細胞後端的神經再將電位變化傳給大腦，此時，人類就會感覺到味道。

味感測器就是藉由對離子濃度進行電位差測定，並將其電位差值轉換成輸出訊號。味感測器應用領域包括：食品檢測、醫療檢測等。

圖二

美商相對投入更多研發資源發展醫療用途感測器技術，目的是佈局智慧醫療產業關鍵技術與商機。

專利探勘

檢索策略

針對感測器（Sensor）進行專利探勘分析，藉此深入瞭解感測器領域重要專利權利人（Assignee）專利佈局情形及對產業可能造成之影響。

擬定如下專利檢索策略與執行步驟：

選擇專利資料庫

選定美國專利暨商標局（USPTO）專利資料庫做為此次專利探勘分析主要資料來源。

擬定檢索關鍵字

首先，透過技術論文、新聞報導、關鍵廠商、訴訟案件、關鍵詞彙、專利分類、科技部落格等相關訊息的搜尋與瀏覽，標定出感測器專利檢索重要特徵訊息，並採用「資策會專利地圖分析探勘平台」進行專利檢索與分析任務。

其次，進一步設定專利申請日期（31995）、專利分類碼、關鍵廠商、關鍵詞彙等做為感測器專利探勘檢索。

另外，搭配專利名稱（Title）、專利摘要（Abstract）、專利請求項（Claim）等欄位進行關鍵詞彙的輸入與檢索。

篩選資料

針對專利檢索初步結果進行研判與調整，另外，再加上相關引證專利進行探勘資料補強，最後，共計篩選出35,423件感測器專利進行探勘分析。

趨勢分析

文字探勘（Text Mining）

文字探勘（Text Mining）結果篩選出28項感測器專利佈局之技術重點。值得注意的是，感測器重要類別以及相對應專利透過文字探勘明確篩選出來，包括：影像感測器（5,789件專利）、溫度感測器（3,701件專利）、壓力感測器（3,565件專利）、氣體感測器（2,500件專利）、加速感測器（1,037件專利）、轉矩感測器（494件專利）、觸控感測器（483件專利）、血糖感測器（418件專利）、超音波感測器（367件專利）。

另外，分析物感測器（968件專利）、無線感測器（950件專利）、感測器節點（926件專利）、角速度感測器（337件專利）、工作電極（317件專利）也是感測器重要的技術要項。

資料探勘（Data Mining）

透過資料探勘（Data Mining）功能針對35,423件感測器專利進行比對分析，進而掌握感測器專利所屬行業別（Sector）、領域別（Field）分佈情形。

值得注意的是，測量（Measurement）占領域別比重最高達到37.9%，諸如：各式各樣感測及其量測技術皆含括在測量領域。

另外，值得一提的是，測量（Measurement）結合運輸（Transport）構成運輸感測器應用技術，測量結合醫療技術（Medical technology）構成醫療感測器應用技術，測量結合機器構成機器感測器應用技術，後續可進一步展開為運輸感測器、醫療感測器、機器感測器等專題研究。

相對研發強度分析

透過「資策會專利地圖分析探勘平台」資料探勘（Data Mining）功能，並針對感測器專利權利人（Assignee）相對研發強度進行分析，評比項目包括：專利件數、他人引證次數、自我引證次數、發明人數、平均專利年齡、活動年期等。

資料探勘結果挑選出30家相對重要的感測器專利權利人進行相對研發強度分析，藉此瞭解其擁有的專利權對感測器的產業影響力。

進一步發現，德商BOSCH在感測器相對研發強度表現較佳，主要原因為專利件數、發明人數等評比項目高於其他29家專利權利人所致。

很明顯地，感測器以美商、日商、歐商較具研發能力，未來在物聯網（Internet of Things）帶領下，美、日、歐等國感測器主要製造商將持續影響智慧連網產品所屬感測技術之發展，值得相關科技界密切注意上述主要製造商近期開發成果與專利佈局動向。

技術要項佈局分析

透過文字探勘（Text Mining）篩選出的28項感測器技術要項，並對應30家相對研發強度較強的專利權利人進行技術要項佈局分析，藉此瞭解感測器重要專利權利人技術開發動向之差異。

進一步發現，美商在醫療用途感測器技術的佈局遠高過於歐商以及日商，因為，文字探勘結果中與醫療用途直接相關的技術要項包括：分析物感測器（Analyte Sensor）以及血糖感測器（Glucose Sensor）。其中，分析物感測器有373件專利，美商占359件、比重達96.2%，而握有相關專利的美商包括：Honeywell、MEDTRONIC、DexCom、Abbott、OmniVision、General Electric、COVIDIEN LP、FORD等。

另一方面，血糖感測器有304件專利，美商占297件、比重達97.7%，並且握有相關專利的美商包括：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展資通訊、建築、機械、汽車用途感測器技術，像是影像感測器（Image Sensor）、壓力感測器（Pressure Sensor）、溫度感測器（Temperature Sensor）、氣體感測器（Gas Sensor）、觸控感測器（Touch Sensor）、轉矩感測器（Torque Sensor）、超音波感測器（Ultrasonic Sensor）、角速度感測器（Angular Velocity Sensor）等。

另一方面，美商則相對投入更多研發資源發展醫療用途感測器技術。顯然，美商目的就是為了要掌握智慧醫療產業關鍵技術與市場先機，此佈局動向值得相關科技界密切關注其後續發展演變。

圖三

日商及歐商相對著重發展資通訊、汽車、建築、機械用途感測器技術，深耕感測器目前主要用途。

MIC觀點

測器核心技術集中於美、日、歐廠商手中，美商積極佈局醫療用途，日商及歐商相對著重發展資通訊、汽車、建築、機械用途

針對感測器進行相對研發強度分析、技術要項佈局分析發現，感測器以美商、日商、歐商較具研發能力，因為相對研發強度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，感測器技術要項佈局分析發現，美商、日商、歐商投入研發資源積極發展資通訊、汽車、建築、機械、醫療用途感測器技術。

其中，美商在醫療用途感測器技術的佈局遠高過於日商及歐商，因為文字探勘結果發現血糖感測器專利美商占比重達97.7%、分析物感測器專利美商占比重達96.2%。

很明顯地，美商相對投入更多研發資源發展醫療用途感測器技術，其目的就是佈局智慧醫療產業關鍵技術與商機。反觀日商及歐商相對著重發展資通訊、汽車、建築、機械用途感測器技術，深耕感測器目前主要用途。

未來在物聯網帶領下，美、日、歐等國主要感測器製造商將持續影響智慧連網產品所屬感測技術之發展與應用，值得相關科技界密切注意上述主要製造商近期開發成果與專利佈局動向。

（本文作者為資策會MIC資深產業分析師）