光柵位移傳感器專利態(tài)勢與預(yù)警分析

趙 華，劉 濤，宋彥彥，劉 剛

(機械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所，北京 100055)

0 引言

基于光柵的精密位移測量系統(tǒng)以其對環(huán)境適應(yīng)性強、測量分辨率高等優(yōu)點，在精密位移測量領(lǐng)域占據(jù)重要位置[1]。光柵位移傳感器作為高精密、微位移測量檢測裝置，興起于20世紀末期，光柵位移測量技術(shù)以其低成本、較高的穩(wěn)定性和分辨率的特點廣泛地應(yīng)用于各種高精度微位移測量領(lǐng)域[2-3]。針對光柵位移傳感器技術(shù)專利情況，采用關(guān)鍵詞檢索，檢索式為(光柵and位移and傳感器) or 光柵尺，限定在標題和摘要中進行檢索獲得528件。此外，選取海德漢(Heidenhain)、長春禹衡等重要專利權(quán)人進行補充檢索得到43件。為確保數(shù)據(jù)準確性，課題組專門邀請領(lǐng)域技術(shù)專家、行業(yè)專家和一線科研人員，通過閱讀專利文獻的方式進行人工篩選和標引，對檢索數(shù)據(jù)做進一步篩選，最終確定了333件專利(截止到2019年5月31日)作為分析樣本。

1 光柵位移傳感器專利申請趨勢分析

1.1 申請態(tài)勢分析

我國光柵位移傳感測量技術(shù)尚處于發(fā)展期。本文對于在我國申請專利的年申請量進行了統(tǒng)計分析，在333件光柵位移傳感器專利中，申請量發(fā)展趨勢可以分為兩個階段。光柵位移傳感器的專利技術(shù)在中國最早出現(xiàn)于1992年，到2010年之前每年專利申請量在個位數(shù)，是發(fā)展起步期，技術(shù)研究突破和領(lǐng)域內(nèi)企業(yè)比較少，導(dǎo)致專利申請量較少。2010年以后，專利申請量呈現(xiàn)動態(tài)穩(wěn)定的發(fā)展態(tài)勢，處于發(fā)展調(diào)整期。圖1給出了光柵位移傳感器領(lǐng)域?qū)＠暾埖陌l(fā)展趨勢。

圖1 光柵位移傳感器專利申請趨勢

1.2 專利類型分析

在光柵位移傳感器333件專利中，發(fā)明專利161件，占比48%，實用新型專利172件，占比52%，發(fā)明專利略少于實用新型專利，表明領(lǐng)域創(chuàng)新更多地集中在應(yīng)用的完善和改進，專利技術(shù)含量有待提升。

1.3 有效性分析

在333件光柵位移傳感器專利中，有效專利221件，占比66.4%；失效專利73件，占比21.9%；審查中的專利39件，占比11.7%。

2 光柵位移傳感器專利申請人及科研團隊分析

2.1 專利申請人分析

在333件光柵位移傳感器專利中，專利申請數(shù)據(jù)排名前10位的申請人及其申請量見表1。從表1中可以看出廣東工業(yè)大學(xué)在光柵位移傳感器專利申請中占據(jù)領(lǐng)先地位，專利申請比例超過總量的10%，其次是長春禹衡光學(xué)有限公司、中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所。

表1 光柵位移傳感器專利主要申請公司情況

由表1可以看出，主要申請公司專利申請延續(xù)時間、近3年專利數(shù)量占總量的比率等情況，以此為基礎(chǔ)可看出專利主要申請公司保持技術(shù)領(lǐng)先的時間和最新發(fā)展態(tài)勢。

2.2 專利發(fā)明人分析

在333件光柵位移傳感器專利中，專利申請數(shù)據(jù)排名前列的發(fā)明人及其申請量見表2?？梢钥吹綄鈻盼灰祁I(lǐng)域?qū)＠漠a(chǎn)生做出貢獻的主要發(fā)明人，這些發(fā)明人是領(lǐng)域內(nèi)的最佳人才。

由表2可以看出，主要發(fā)明人專利申請數(shù)量、延續(xù)時間等情況，以此為基礎(chǔ)可看出專利主要發(fā)明人的技術(shù)積累。

表2 光柵位移傳感器專利主要申請公司情況

3 區(qū)域分析

3.1 國別分析

在333件光柵位移傳感器專利中，國內(nèi)機構(gòu)申請專利數(shù)量327件，國外公司在我國申請專利數(shù)量6件。共有包括德國、美國、日本、韓國4個國家在我國申請了光柵位移傳感器專利。其中日本3件，德國、美國、韓國各1件。

3.2 地域分析

表3顯示了中國各省(自治區(qū)、直轄市)專利申請數(shù)量的分布情況。廣東的申請量處于第一位，為123件專利。然后是吉林、江蘇、浙江、北京。

表3 各省市光柵位移傳感器專利數(shù)量排名情況

為了研究光柵位移傳感器專利重點區(qū)域的申請信息，對排名前幾位的省市分別考察其申請量、申請跨越的年度和近幾年的專利申請情況，見表4。

表4 光柵位移傳感器專利重點區(qū)域申請信息

從表4中可見，北京是較早開始光柵位移傳感器技術(shù)專利申請的省市，但其2016—2019年期間申請的專利數(shù)量較少，占比僅為12.5%，研發(fā)力量有所減弱。四川在2012年才開始光柵位移傳感器技術(shù)專利申請，其2016—2019年期間最新申請的專利占比為50%，表明其近年開始重視光柵位移傳感器技術(shù)研發(fā)。

4 技術(shù)主題分析

4.1 關(guān)鍵詞分析

從333件光柵位移傳感器專利中提取語義關(guān)鍵詞，外層的技術(shù)點是內(nèi)層技術(shù)點的進一步分解，如圖2所示?？梢钥闯?，光柵尺、編碼器、標尺光柵、讀數(shù)頭、主光柵等是光柵位移傳感器領(lǐng)域內(nèi)的重點研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)。

圖2 光柵位移傳感器專利詳細技術(shù)分解

表5給出了光柵位移傳感器專利的關(guān)鍵詞及其數(shù)量。

表5 光柵位移傳感器專利關(guān)鍵詞情況

4.2 技術(shù)分解分析

經(jīng)領(lǐng)域?qū)＜医M專家逐個對專利內(nèi)容進行技術(shù)分解，得到傳感器本體、安裝、檢測系統(tǒng)、應(yīng)用、校準系統(tǒng)、顯示裝置、讀數(shù)頭7大方面。按照技術(shù)分解專利申請量見表6。

表6 光柵位移傳感器技術(shù)分解申請量統(tǒng)計表

光柵位移傳感器各技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠植记闆r見圖3。由圖3可以看出，有關(guān)傳感器本體的專利總量達236件，其中有實用新型專利122件，發(fā)明專利114件。

圖3 光柵位移傳感器技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麡?gòu)成

其中檢測系統(tǒng)、安裝技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)中的發(fā)明專利占比分別為60.7%、54.8%、50%，專利技術(shù)含量較高。顯示裝置和讀數(shù)頭的發(fā)明專利較少，大部分為實用新型專利，其中顯示裝置的發(fā)明專利占比僅為14.3%。

5 專利價值分析

5.1 被引用量分析

在對333項光柵位移傳感器專利的被引用量分析中，發(fā)現(xiàn)表7所示的10項專利被引用量排名位于前列，表明這些專利已廣泛應(yīng)用并且被很多人借鑒，這些專利更具影響力并代表著申請人的核心創(chuàng)新技術(shù)。

表7 被引用次數(shù)排名前10的專利

5.2 權(quán)利要求項分析

在333項光柵位移傳感器專利中，對專利權(quán)利要求數(shù)量進行了分析，結(jié)果見表8。這些專利的技術(shù)涉及范圍更廣，大量的權(quán)利要求項保護了更多的技術(shù)內(nèi)容。

表8 權(quán)利要求項排名前10的專利

5.3 市場價值分析

分析了333項光柵位移傳感器專利中最有價值的專利，結(jié)果見表9，是光柵位移技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有最高專利價值的簡單同族。

表9 市場價值排名前5項的專利

5.4 風險專利分析

在333項光柵位移傳感器專利中，分析了存在侵權(quán)風險的專利，結(jié)果見表10。

表10 存在侵權(quán)風險的專利清單

6 結(jié)束語

(1)國外公司在我國申請光柵位移傳感器專利數(shù)量僅6件。其中日本3件，德國、美國、韓國各1件。但在權(quán)利要求數(shù)量多的專利中美國伊利諾斯工具制品有限公司“包括光學(xué)應(yīng)變儀的遠程位移傳感器的裝置及其系統(tǒng)”僅1個專利權(quán)利要求就達30項；日本株式會社米姿托約“提高基于散斑圖像的相關(guān)位移傳感器精度的系統(tǒng)和方法”專利權(quán)利要求達22項；日本株式會社三豐“光電編碼器的光柵尺”專利權(quán)利要求達18項、“位移傳感器構(gòu)造”專利權(quán)利要求達15項。在市場價值最高的專利中，日本公司的3項專利包攬了前3名，表明一是技術(shù)原創(chuàng)，二是專利水平高。

(2)國內(nèi)光柵位移傳感器企業(yè)創(chuàng)新能力有待增強。國內(nèi)前10名專利申請單位中，有4所高校、1個研究院所、5家企業(yè)，但企業(yè)申請的專利多為實用新型專利，發(fā)明專利僅占前10家單位發(fā)明專利數(shù)的15%，表明企業(yè)創(chuàng)新能力尚有待加強。

(3)光柵位移傳感器領(lǐng)域面臨的侵權(quán)風險。為揭示當前我國光柵位移傳感器領(lǐng)域面臨的侵權(quán)風險，聚焦國外專利權(quán)人在我國授權(quán)的6件有效專利進行分析，可知國外專利集中分布在：用于傳遞傳感構(gòu)件的輸出的機械裝置；將傳感構(gòu)件的輸出變換成不同變量的裝置，其中傳感構(gòu)件的形式和特性不限制變換裝置；非專用于特定變量的變換器(G01D5)和以采用光學(xué)方法為特征的計量設(shè)備(G01B11)。