楊隆鑫，左恬源，侯冠華

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局 專利審查協(xié)作北京中心，北京 100190）

責(zé)任編輯:許 盈

圖像傳感器或稱感光器件，是組成數(shù)字攝像頭的重要組成部分。如今，隨著數(shù)碼技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，在廣播電視系統(tǒng)領(lǐng)域以及民用領(lǐng)域，數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、數(shù)碼監(jiān)控攝像頭已被廣泛使用。以民用數(shù)碼相機為例，在短短不到10年的時間里，感光器件就由幾十萬像素發(fā)展到千萬級像素，并以意想不到的速度代替?zhèn)鹘y(tǒng)相機。這種情況在發(fā)達的歐美國家如此，在處于發(fā)展中國家的中國也是如此。在巨大市場需求的刺激下，數(shù)碼相機和數(shù)碼攝像機的關(guān)鍵零部件——圖像傳感器自然成為當(dāng)前以及未來業(yè)界所關(guān)注的對象。

1 圖像傳感器技術(shù)介紹

圖像傳感器屬于光電產(chǎn)業(yè)里的光電元件類，是一種將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子信號的設(shè)備，它被廣泛地應(yīng)用在數(shù)碼攝像機、數(shù)碼相機以及其他電子光學(xué)設(shè)備之中。早期的圖像傳感器采用模擬信號，如攝像管（Video Camera Tube）。如今，圖像傳感器主要分為電子耦合元件（Charge-Coupled Device，CCD）圖像傳感器[1]和互補式金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)圖像傳感器[2]兩種。這兩種類型的圖像傳感器都能夠?qū)崿F(xiàn)對圖像的采集以及光電信號轉(zhuǎn)換的功能。目前絕大多數(shù)數(shù)碼攝像機和數(shù)碼相機均采用了CCD或CMOS圖像傳感器[3]。

CCD圖像傳感器是一個基于模擬信號的電子感光設(shè)備，其表面在光的照射下，將有信號電荷產(chǎn)生。電荷信號可以被轉(zhuǎn)換成電壓，并按指定的時序?qū)D像信息輸出。數(shù)字圖像處理電路可以將這種信號進一步轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以便得到數(shù)字影像。

而CMOS圖像傳感器是一類利用CMOS半導(dǎo)體的有源像素傳感器。每個光電傳感器附近都有相應(yīng)的電路直接將光的能量轉(zhuǎn)換成電壓信號。與CCD不同的是，它并不涉及信號電荷。在外圍電路上可能也需要模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換器將它的輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號[4]。

2 圖像傳感器技術(shù)的專利分析

2.1 樣本構(gòu)成

本文的專利數(shù)據(jù)庫主要采用中國專利文摘數(shù)據(jù)庫CPRS-ABS，該數(shù)據(jù)庫收錄了1985年至今中國所有的專利文摘信息，數(shù)據(jù)覆蓋全面，數(shù)據(jù)項豐富。主要采用關(guān)鍵詞及分類號對圖像傳感器相關(guān)的技術(shù)進行檢索。需要說明的是，由于部分專利申請在提交申請后需滿18個月才會被公開，因而截至目前，2011年的很多專利申請并未被公開，所以，本文提到的關(guān)于2011年的申請量是小于實際申請量的。

2.2 圖像傳感器技術(shù)專利申請情況的總體分析

采用上述檢索結(jié)果中進行閱讀篩選后，共獲得與圖像傳感器直接相關(guān)的已公開的專利申請1426件，其中關(guān)于感光耦合元件圖像傳感器CCD的專利申請有936件，關(guān)于互補式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器CMOS的專利申請有490件。本文主要針對上述專利申請進行統(tǒng)計分析。

在這1426件關(guān)于圖像傳感器的專利申請中，發(fā)明專利申請共有1401件，實用新型專利申請共有25件。圖1示出了上述兩種不同專利類型申請的分布示意圖。從圖1中可以看出，在圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域，絕大部分專利體現(xiàn)在技術(shù)水平以及創(chuàng)新水平更高的發(fā)明專利申請上。在這些極少量的實用新型專利申請中，幾乎都來自國內(nèi)申請人（包括大陸地區(qū)和臺灣地區(qū)）。這有可能一方面是因為國內(nèi)在該技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新水平還有待提升，另一方面是一部分國內(nèi)申請人急于獲得專利授權(quán)，以至于以實用新型而不是發(fā)明的方式獲得專利保護，這樣的做法雖然以較小的經(jīng)濟成本和時間成本獲得了專利，但專利的保護期限也因此縮短，由專利權(quán)的穩(wěn)定性帶來的風(fēng)險也更大。

圖2顯示了1997年以來以圖像傳感器技術(shù)為主題的專利申請量的趨勢變化?？梢钥闯?，圖像傳感器技術(shù)的專利申請在2001年開始呈上升態(tài)勢，自2004年開始，專利申請量的增長極為迅速。其實，從2002年至2007年全球圖像傳感器的市場規(guī)模也一直呈現(xiàn)出迅速增長的趨勢。其中，2005年圖像傳感器的全球市場規(guī)模高達2004年的2倍左右。

市場的需求刺激了技術(shù)研發(fā)的投入和專利保護的跑馬圈地。近10年來，照相手機在總體手機市場中所占比例不斷攀升，在2005年達45%，在2006年已經(jīng)過一半，得益于照相手機的全面普及，還有數(shù)碼相機需求的飆漲，在這種形勢下，各大廠商紛紛增加產(chǎn)量，而2007年卻迎來了市場的寒冬。2007年，CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器銷售下降7%，主要由于上半年照相手機庫存清理，市場需求增長放緩，以及工業(yè)和辦公設(shè)備應(yīng)用中的銷售疲軟。CMOS圖像傳感器銷售下滑12%，CCD圖像傳感器增長為零。與此同時，專利申請量在2007年同比大幅減少。

到2008年下半年，由于歐美等多個國家出現(xiàn)了嚴重的次貸金融危機，全球需求出現(xiàn)嚴重萎縮，同年專利申請量達到近幾年的谷底。但到了2009年，世界各國政府紛紛出臺各種經(jīng)濟提振政策，全球經(jīng)濟開始出現(xiàn)復(fù)蘇。圖像傳感器作為圖像信息的重要采集器件，未來在生活、軍事、科學(xué)研究等各個領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用空間，因此，近年來專利申請量隨著經(jīng)濟的回暖逐漸進入增長通道。

在圖2中，2011年所呈現(xiàn)的專利申請量相比2010年有所下降，因該數(shù)據(jù)是不完全統(tǒng)計的結(jié)果，考慮到2011年度的宏觀經(jīng)濟和行業(yè)經(jīng)濟趨勢，該年度的實際專利申請量應(yīng)該還是較為可觀的。

在中國關(guān)于圖像傳感器技術(shù)的專利申請中，申請人來自日本、韓國、美國的專利申請占據(jù)了絕大部分。圖3所示為圖像傳感器專利申請人的國別比例。

日本作為消費電子產(chǎn)業(yè)大國，在半導(dǎo)體等技術(shù)領(lǐng)域有著雄厚的實力，也是數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機等電子產(chǎn)品的消費和生產(chǎn)大國，在圖像傳感器領(lǐng)域有著非常突出的技術(shù)優(yōu)勢。韓國近年來非常重視消費電子產(chǎn)業(yè)，其在圖像傳感器技術(shù)上取得了很迅猛的發(fā)展。美國作為最早發(fā)明圖像傳感器的國家，其在該領(lǐng)域的研究起步早，相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟。

反觀中國，雖然近年來在國家和地方政府的創(chuàng)新扶持和專利資助政策的積極影響下，原創(chuàng)于中國大陸地區(qū)申請人的專利申請有了較大幅度的增長，但是由于我國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱，加之大量的核心專利技術(shù)都掌握在國外申請人手中，我國企業(yè)或科研單位在圖像傳感器方面做出創(chuàng)新的難度仍然較大。

3 圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域主要專利申請人分析

3.1 中國作為目標(biāo)市場的專利競爭情況分析

通過對各申請人在中國專利申請量排名的統(tǒng)計和梳理，發(fā)現(xiàn)在圖像傳感器領(lǐng)域中國的競爭力非常薄弱。在圖4中可以看出，專利申請量位列前11名的企業(yè)均來自日本和韓國，其中，索尼、松下、東芝、佳能、濱松光子學(xué)株式會社、夏普、三洋為日本企業(yè)，其他3家為來自韓國的企業(yè)。很明顯，日本企業(yè)在圖像傳感器的技術(shù)儲備和創(chuàng)新能力方面是非常突出的，并且在這些日系企業(yè)中，索尼公司的優(yōu)勢表現(xiàn)得尤為明顯。索尼公司是世界上民用/專用視聽產(chǎn)品的先導(dǎo)之一，掌握著CCD圖像傳感器的諸多關(guān)鍵技術(shù)，目前該公司的CCD和CMOS產(chǎn)品在全球范圍內(nèi)占據(jù)了1/3以上的整體份額，銷售量位居世界第1，在中國專利申請量上也是遙遙領(lǐng)先于松下、東芝、東部電子等公司。韓國在近年來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上發(fā)展迅猛，東部電子、東部亞南半導(dǎo)體等企業(yè)在晶圓代工方面已具規(guī)模，并在圖像傳感器技術(shù)方面也取得了顯著的進步。

這些日韓系企業(yè)均把中國作為非常重要的市場，密切加緊在中國的專利布局。這些企業(yè)必將成為中國企業(yè)在圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域難以回避的競爭對手，國內(nèi)企業(yè)帶來很大的競爭壓力。不過從另一個角度來看，這些企業(yè)也同樣可視為中國企業(yè)的技術(shù)引進對象。

3.2 中國國內(nèi)申請人分析

圖5對國內(nèi)主要申請人的專利申請量進行了統(tǒng)計。可以看出，相比之下中芯國際在圖像傳感器技術(shù)上有著較顯著的領(lǐng)先優(yōu)勢。

該公司也是中國內(nèi)地規(guī)模最大、技術(shù)相對先進的集成電路芯片制造企業(yè)，世界產(chǎn)量排名領(lǐng)先的晶片代工企業(yè)。格科微電子、上海宏力半導(dǎo)體、北京思比科微電子也顯示了較強的研發(fā)實力。其中，上海宏力半導(dǎo)體在2011年之前鮮有專利申請，該公司絕大部分專利申請都集中在2011年，這導(dǎo)致在排名上很快后來者居上，位列國內(nèi)申請人第3名。在國內(nèi)申請人提交的專利申請中還呈現(xiàn)出一個特點，就是絕大部分專利申請都集中在CMOS方面。與CCD相比，CMOS是標(biāo)準(zhǔn)工藝制程，可利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體設(shè)備，不需額外的投資設(shè)備，且品質(zhì)可隨半導(dǎo)體技術(shù)的提升而進步。中國的晶圓代工廠的CMOS生產(chǎn)線較多，日后量產(chǎn)時也有利于成本的降低。這可能是CMOS深受國內(nèi)申請人青睞的一個原因。

4 小結(jié)

通過以上的專利分析，國內(nèi)企業(yè)無論是在技術(shù)和產(chǎn)業(yè)上都與國外企業(yè)存在非常大的差距，這些來自發(fā)達國家尤其日韓美的企業(yè)優(yōu)勢非常明顯。我國要在諸多強手中走出一條自主創(chuàng)新的發(fā)展之路，難度非同一般。不過韓國的異軍突起也為我國圖像傳感器的技術(shù)發(fā)展提供了一個成功的示范。

[1]寇玉民，盛宏，金祎，等.CCD圖像傳感器發(fā)展與應(yīng)用[J].電視技術(shù)，2008，32（4）：38-39.

[2]柳笛，黎福海，榮宏，等.CMOS圖像傳感器優(yōu)勢和最新產(chǎn)品[J].電視技術(shù)，2007，31（11）：29-30.

[3]樸慧京.簡介常用攝像器件[J].家電檢修技術(shù)，2008（5）：44.

[4]李然.廣播級攝像機CMOS與CCD的應(yīng)用[J].影視制作，2010（8）：38-41.