光栅位移传感器专利态势与预警分析

赵 华，刘 涛，宋彦彦，刘 刚

(机械工业仪器仪表综合技术经济研究所，北京 100055)

0 引言

基于光栅的精密位移测量系统以其对环境适应性强、测量分辨率高等优点，在精密位移测量领域占据重要位置[1]。光栅位移传感器作为高精密、微位移测量检测装置，兴起于20世纪末期，光栅位移测量技术以其低成本、较高的稳定性和分辨率的特点广泛地应用于各种高精度微位移测量领域[2-3]。针对光栅位移传感器技术专利情况，采用关键词检索，检索式为(光栅and位移and传感器) or 光栅尺，限定在标题和摘要中进行检索获得528件。此外，选取海德汉(Heidenhain)、长春禹衡等重要专利权人进行补充检索得到43件。为确保数据准确性，课题组专门邀请领域技术专家、行业专家和一线科研人员，通过阅读专利文献的方式进行人工筛选和标引，对检索数据做进一步筛选，最终确定了333件专利(截止到2019年5月31日)作为分析样本。

1 光栅位移传感器专利申请趋势分析

1.1 申请态势分析

我国光栅位移传感测量技术尚处于发展期。本文对于在我国申请专利的年申请量进行了统计分析，在333件光栅位移传感器专利中，申请量发展趋势可以分为两个阶段。光栅位移传感器的专利技术在中国最早出现于1992年，到2010年之前每年专利申请量在个位数，是发展起步期，技术研究突破和领域内企业比较少，导致专利申请量较少。2010年以后，专利申请量呈现动态稳定的发展态势，处于发展调整期。图1给出了光栅位移传感器领域专利申请的发展趋势。

图1 光栅位移传感器专利申请趋势

1.2 专利类型分析

在光栅位移传感器333件专利中，发明专利161件，占比48%，实用新型专利172件，占比52%，发明专利略少于实用新型专利，表明领域创新更多地集中在应用的完善和改进，专利技术含量有待提升。

1.3 有效性分析

在333件光栅位移传感器专利中，有效专利221件，占比66.4%；失效专利73件，占比21.9%；审查中的专利39件，占比11.7%。

2 光栅位移传感器专利申请人及科研团队分析

2.1 专利申请人分析

在333件光栅位移传感器专利中，专利申请数据排名前10位的申请人及其申请量见表1。从表1中可以看出广东工业大学在光栅位移传感器专利申请中占据领先地位，专利申请比例超过总量的10%，其次是长春禹衡光学有限公司、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所。

表1 光栅位移传感器专利主要申请公司情况

由表1可以看出，主要申请公司专利申请延续时间、近3年专利数量占总量的比率等情况，以此为基础可看出专利主要申请公司保持技术领先的时间和最新发展态势。

2.2 专利发明人分析

在333件光栅位移传感器专利中，专利申请数据排名前列的发明人及其申请量见表2。可以看到对光栅位移领域专利的产生做出贡献的主要发明人，这些发明人是领域内的最佳人才。

由表2可以看出，主要发明人专利申请数量、延续时间等情况，以此为基础可看出专利主要发明人的技术积累。

表2 光栅位移传感器专利主要申请公司情况

3 区域分析

3.1 国别分析

在333件光栅位移传感器专利中，国内机构申请专利数量327件，国外公司在我国申请专利数量6件。共有包括德国、美国、日本、韩国4个国家在我国申请了光栅位移传感器专利。其中日本3件，德国、美国、韩国各1件。

3.2 地域分析

表3显示了中国各省(自治区、直辖市)专利申请数量的分布情况。广东的申请量处于第一位，为123件专利。然后是吉林、江苏、浙江、北京。

表3 各省市光栅位移传感器专利数量排名情况

为了研究光栅位移传感器专利重点区域的申请信息，对排名前几位的省市分别考察其申请量、申请跨越的年度和近几年的专利申请情况，见表4。

表4 光栅位移传感器专利重点区域申请信息

从表4中可见，北京是较早开始光栅位移传感器技术专利申请的省市，但其2016—2019年期间申请的专利数量较少，占比仅为12.5%，研发力量有所减弱。四川在2012年才开始光栅位移传感器技术专利申请，其2016—2019年期间最新申请的专利占比为50%，表明其近年开始重视光栅位移传感器技术研发。

4 技术主题分析

4.1 关键词分析

从333件光栅位移传感器专利中提取语义关键词，外层的技术点是内层技术点的进一步分解，如图2所示。可以看出，光栅尺、编码器、标尺光栅、读数头、主光栅等是光栅位移传感器领域内的重点研发关键技术。

图2 光栅位移传感器专利详细技术分解

表5给出了光栅位移传感器专利的关键词及其数量。

表5 光栅位移传感器专利关键词情况

4.2 技术分解分析

经领域专家组专家逐个对专利内容进行技术分解，得到传感器本体、安装、检测系统、应用、校准系统、显示装置、读数头7大方面。按照技术分解专利申请量见表6。

表6 光栅位移传感器技术分解申请量统计表

光栅位移传感器各技术领域专利分布情况见图3。由图3可以看出，有关传感器本体的专利总量达236件，其中有实用新型专利122件，发明专利114件。

图3 光栅位移传感器技术领域专利构成

其中检测系统、安装技术、应用技术中的发明专利占比分别为60.7%、54.8%、50%，专利技术含量较高。显示装置和读数头的发明专利较少，大部分为实用新型专利，其中显示装置的发明专利占比仅为14.3%。

5 专利价值分析

5.1 被引用量分析

在对333项光栅位移传感器专利的被引用量分析中，发现表7所示的10项专利被引用量排名位于前列，表明这些专利已广泛应用并且被很多人借鉴，这些专利更具影响力并代表着申请人的核心创新技术。

表7 被引用次数排名前10的专利

5.2 权利要求项分析

在333项光栅位移传感器专利中，对专利权利要求数量进行了分析，结果见表8。这些专利的技术涉及范围更广，大量的权利要求项保护了更多的技术内容。

表8 权利要求项排名前10的专利

5.3 市场价值分析

分析了333项光栅位移传感器专利中最有价值的专利，结果见表9，是光栅位移技术领域内具有最高专利价值的简单同族。

表9 市场价值排名前5项的专利

5.4 风险专利分析

在333项光栅位移传感器专利中，分析了存在侵权风险的专利，结果见表10。

表10 存在侵权风险的专利清单

6 结束语

(1)国外公司在我国申请光栅位移传感器专利数量仅6件。其中日本3件，德国、美国、韩国各1件。但在权利要求数量多的专利中美国伊利诺斯工具制品有限公司“包括光学应变仪的远程位移传感器的装置及其系统”仅1个专利权利要求就达30项；日本株式会社米姿托约“提高基于散斑图像的相关位移传感器精度的系统和方法”专利权利要求达22项；日本株式会社三丰“光电编码器的光栅尺”专利权利要求达18项、“位移传感器构造”专利权利要求达15项。在市场价值最高的专利中，日本公司的3项专利包揽了前3名，表明一是技术原创，二是专利水平高。

(2)国内光栅位移传感器企业创新能力有待增强。国内前10名专利申请单位中，有4所高校、1个研究院所、5家企业，但企业申请的专利多为实用新型专利，发明专利仅占前10家单位发明专利数的15%，表明企业创新能力尚有待加强。

(3)光栅位移传感器领域面临的侵权风险。为揭示当前我国光栅位移传感器领域面临的侵权风险，聚焦国外专利权人在我国授权的6件有效专利进行分析，可知国外专利集中分布在：用于传递传感构件的输出的机械装置；将传感构件的输出变换成不同变量的装置，其中传感构件的形式和特性不限制变换装置；非专用于特定变量的变换器(G01D5)和以采用光学方法为特征的计量设备(G01B11)。