物聯網刺激技術成長 打造感測器全新面貌

奧地利微電子台灣區總經理李定翰指出，在物聯網的帶動下，感測器的技術有了前所未有的進展。DIGITIMES攝

感測網路是物聯網系統中的第一線架構，透過建置於感測器擷取設備數據，再將數據傳送至上層系統，若感測數據不完整或不精確，後續環節的所有運作效率將大打折扣甚至失效，因此近年來各大廠商紛紛強化感測技術的相關研發，且針對不同應用領域推出專屬產品。

奧地利微電子台灣區總經理李定翰指出，感測技術發展已有相當長的時間，過去的應用有限，因此技術發展並不快，物聯網的興起讓此技術有了截然不同的面貌，以往由於應用領域固定，系統對感測器的需求並不高，只要能正常運作就可以，不過物聯網的應用多元，感測器也就必須印應系統需求而有特別設計，以色彩感測器來說，過去僅需要分辨基本的RGB，現在部分應用則需要透過頻譜偵測功能偵測物質。

物聯網帶來的影響除了感測技術本身的精進外，外部的構造也是其一，現在物聯網系統走向整合，不同感測器有可能被整合在同一封裝中，而在此設計中，不同感測器在同時運作時所產生的干擾要如何解決，這都是現在的感測器廠商在設計物聯網產品時，必須面對的考驗。

物聯網的應用都是針對特定垂直產業，如醫療、交通、製造、建築等，奧地利微電子台灣區總經理李定翰就指出，這些領域對物聯網的功能需求不同，因此系統中的零組件、模組、設備等，都會有一定程度的特殊需求；例如國土監測系統，會需要將感測器長期設置在戶外，在耗電、強固性等部分就需要有特殊設計。

若應用於智慧家庭設備，由於感測器需內建於家電設備中，小體積的設計需求就會高於功耗，整體來看，製造、醫療、電力等應用場域，對感測器的規格需求較為特殊。

製造業是物聯網發展的重點領域之一，在工業物聯網應用中，感測與RFID成為整體系統的重要技術之一，由於物聯網架構中，系統必須獲得真實世界的相關資料，才能進一步透過即時分析、彙整，利用人工智慧推導出最佳化的生產決策。

而產線終端要讓每個生產環節都能準確被追蹤、紀錄，就必須導入兼具低成本、體積小、易追蹤多重優勢的RFID無線射頻標籤技術方案，同時再搭配如機器視覺、各式動作感測元件輔助，取得每個加工工序的執行狀態。

在此同時感測器也持續進行優化與更新，用來越多整合進階嵌入式運算技術的感測器相繼推出，藉以追蹤高速產線的加工物件即時監控與記錄用途，透過嵌入式系統整合設計，也能讓感測器在體積不變條件下，提供產線更進階的感測、預先分析、與高速處理能力，同時更輕、更小、功能更強大的嵌入式系統結合多重環境感測器方案，也可大幅降低智慧物件整合物聯網網通技術的難度與成本。

感測器在智慧工廠的另一個應用重點是機器視覺，機器視覺主要應用於製程上，對解析度的要求相當高，過去所採用的影像感測器以CCD為主，不過近年來CMOS 影像感測器的解析度快速提升，已然躍居機器視覺主流，各大影像感測器廠商的CCD出貨量逐漸減少，龍頭廠商Sony已決定從2017年起逐步CCD，專注於CMOS感測器研發。

與CCD相較，CMOS的優勢在於成本低，耗電需求少，容易製造生產，早期因雜訊難以控制，只用於低價產品；近年來因新技術導入，CMOS的成像效果已逐步跟上甚至超越CCD，目前CCD在天文、低光度、動態攝影等領域仍有其優勢，不過在製程檢測，已為CMOS取代。

除了製造業外，醫療系統對感測器的需求也與一般應用大不相同，感測技術在醫療的應用主要用來偵測患者的生理訊號，生理訊號主要分成幾種，包含屬於生理電訊號、生理化學訊號、生理機械訊號、生理抗阻訊號、生理磁訊號、生理光訊號、生理聲訊號等，在醫療系統中又以生理電訊號的使用最為廣泛。

目前感測技術在醫療領域的做法可分為兩種，一種是透過同一感測原理偵測多樣生理指標，另一種則是透過多種感測方式偵測同一生理指標，舉例來說，光體積變化描記圖法是一種光學感測原理，利用LED感測器可獲取人的心跳、脈搏、血氧含量等，然而心跳的感測卻不只光學感測一種，還能透過電極電位的改變，記錄心臟跳動，再換算成心跳率，近年來感測技術不斷創新與提升，讓生理指標擷取變得更容易，感測技術所提供的精確生理數據，再加上未來AI的智慧化運算與分析能力，將加速醫療智慧化願景的落實。

除了上述兩個領域外，3D感測技術也被看好將應用於各種領域，目前3D感測主要是應用於臉部辨識，取代過去的指紋辨識解鎖與手機的行動支付，而隨著技術的成熟，其應用越來越多元，除了手機外，長距離的戶外攝影機、短距的VR眼鏡、低光源如車內的人臉辨識等，都是深具潛力的發展領域。

目前3D感測有兩種技術，包括結構光與TOF(Time of Flight)，而VCSEL是這兩這兩者技術中的核心光源，高功率VCSEL雷射器可應用於3D深度感測的數據擷取，物聯網也會是其一。

3D感測從環境的深淺位置判斷出物體形狀與距離，因此未來將被應用於車用領域，現在ADAS系統的FDW(前部碰撞預警)功能是用雷達或光達偵測車體前方物體遠近，未來的導入3D感測後，就可將外界物體形狀資訊提供給車內運算單元，判斷物體種類後再決定車體動作，以此達到智慧化功能。

就目前產業發展看，物聯網帶動的感測技術變革仍在進行中，李定翰表示，由於物聯網建構目標是整體系統所產生的價值，而非像消費性領域是以單一產品的價格為考量，在此態勢下，現在感測器市場也從過去的價格競爭轉變為品質競爭，雖然這也對廠商帶來另一種壓力，不過他認為這種透過技術的精進提升系統效能，進而創造出更高價值的做法，對整體產業來說會是更好的方向。