智能手環專利技術綜述

賈佳 張文英

【摘 要】現代人對健康狀況愈發關注，伴隨著微型化智能技術發展，智能手環亦隨之日新月異。本文立足于專利文獻，對有關智能手環的全球專利申請進行分析，介紹了國內外重要申請人的關鍵技術，為相關領域的專利審查工作提供技術支持，同時也為相關的企業和研究機構提供了相關指引。

【關鍵詞】可穿戴；智能手環；專利分析

中圖分類號： F416.6 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）21-0014-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.006

【Abstract】Modern people pay more and more attention to the health condition， along with the development of the miniaturized intelligent technology，the intelligent bracelet also changes rapidly.Based on the patent literature，this paper analyzes the global patent applications for smart bracelets，introduces the key technologies of important applicants at home and abroad，and provides technical support for patent review work in related fields.At the same time，it also provides relevant guidelines for related companies and research institutions.

【Key words】Wearable；Smart bracelet；Patent analysis

1 技術概述

伴隨著微型智能化技術的迅猛發展，近年來可穿戴設備越發受到大眾歡迎，美國最先在市場上推出智能手環，一經推出就受到熱捧，隨即風靡全世界，加速誘發專家聚焦和用戶體檢，正在潛移默化地影響著我們的健康理念和生活品味。

本文立足于專利分析，著重對智能手環的發展脈絡進行研究梳理，為智能手環的研發、專利申請提供支撐和參考。

2 專利申請整體狀況分析

2.1 全球歷年專利申請量

首先，對有關智能手環的歷年專利申請文件進行全面檢索和統計分析，結果如圖1所示。檢索時間限截止到2018年6月22日，其中，由于專利文獻從提出申請到向公眾公開有時間的延后，因此對于以下分析圖中有關2017年和2018年申請量的下降曲線不排除是由于樣本數據的不完整造成的。

由圖1可知，在全球范圍內，智能手環專利技術發展至今，大致經歷了三個發展階段：

萌芽階段（1990-2000年）：這個時期，智能手環的概念剛剛被提出，關乎其性能的數據處理器、通信網絡以及傳感器等相關技術仍然不能滿足商用的條件，企業對其研發和制造的熱情不高，屬于技術的萌芽階段。

發展期（2001-2012年）：伴隨著計算機和網絡技術的發展，該階段關于智能手環的申請量有逐年上升的趨勢。Fitbit公司于2009年推出了它們的第一款產品：一個U型夾子的健康追蹤器，用來記錄運動和睡眠數據。自此之后，越來越多的科技公司將目光投向這個領域，但是由于受限于成本因素和傳感器精度影響，消費市場還未全面打開，此后5年其專利申請量增長相對較慢，但呈現出穩定的增長趨勢。

急速增長期（2013年至今）：隨著數據處理技術以及傳感器技術的快速發展，2013-2017年間，智能手環的申請量呈井噴之勢增長，可穿戴智能手環的熱潮迅速被掀起，各互聯網公司、體育行業公司以及各創業公司，都紛紛將目光投向這個領域。

相比較于國外，國內智能手環技術起步較晚，2013年以前幾乎沒有幾篇專利申請，這是由于早期國內智能手環市場較小，國外申請人對中國市場不夠重視。2014年之后，隨著智能手環的飛速發展，以及國內技術和中國經濟的增長，國內專利申請量開始有了相對較快的增長，出現了與全球申請量增長趨勢一致的增長速度。

2.2 國外主要申請人排名

圖2示出了國外主要申請人在智能手環領域申請專利的情況。從排名前10位的企業來看，主要來自美國、日本和韓國。其中，三星公司在智能手環方面投入了很多精力，專利申請量居世界首位；Fibit、Aliphcom（Jawbone母公司）以及Nike公司均是老牌的智能手環制造商，其產品Fitbit Force、Jawbone UP以及NIKE+均是智能手環的鼻祖產品；蘋果、LG和索尼公司，這些傳統的大型IT公司也非常積極地進入可穿戴智能手環領域。

2.3 國內主要申請人排名

圖3示出了國內主要申請人在智能手環領域的申請專利情況。小米公司在智能手環領域表現突出，研究方向涉及傳感器、顯示器、數據處理等多個方面，專利申請量居國內首位；小天才將智能手環的目標群體定位為兒童，主要針對手環的定位追蹤、防水以及報警功能做出改進，銷售市場大，專利申請量位居第二的位置；京東方主要聚焦在智能手環的顯示領域，其專利技術主要涉及智能手環的顯示面板的制造和驅動。此外，一些創新型企業，比如歌爾、埃微和樂心等，在專利申請量上也占有一定的優勢。

3 技術分支及其發展狀況

根據對智能手環技術背景的了解以及專利文獻的解讀，確定其技術分支為：傳感器技術、顯示技術和提高續航時間技術。傳感器技術主要完成生理監測（包括睡眠、心率、體溫、血壓等）和環境感知（包括溫度、濕度、光亮、壓力等）；智能穿戴設備中的常見顯示技術包括薄膜電晶體顯示器、有機發光二極管和電子紙等，目前日本半導體實驗室、三星、蘋果等商業巨頭正在積極開發并推進可彎曲的柔性屏幕；此外，在智能穿戴技術里，如何提高設備的續航時間也是關注的重點。

4 國內外申請人技術路線分析

4.1 國外重要申請人技術路線分析

國外申請人在智能手環領域的專利文獻具有申請量大、申請時間早、核心技術多的特點和優勢。其中，Fitbit的專利布局較早，從公司創建初期至今專利申請數量一直穩步增長。而三星作為老牌的大型電子公司，近年來對智能手環的研發持續投入，保持穩定的申請量。通過分析以上2位國外申請人專利文獻中的關鍵技術，有利于掌握行業的技術發展脈絡和發展方向。

4.1.1 Fitbit

Fibit從2007年成立以來一直致力于智能手環和手表等可穿戴設備的研究，專利申請一直比較活躍。

傳感器的設置和分布與用戶體征的監測有直接關系，傳感器技術是Fitbit公司比較關注的。其中， US2014036643A通過設置環境傳感器來檢測在手環外殼表面上施加的物理接觸；US20150027523A利用心率傳感器和移動檢測傳感器生成使用者的心跳波形；US20170209055A通過使用光電容積脈搏波（PPG）傳感器對穿戴者的脈搏波進行分析，進而獲取用戶活動狀態。

為了提高續航時間，US9675281A提到基于檢測到使用者的狀態，當手環作為跟蹤設備使用時，轉換到休眠狀態，通過改變傳感器的功耗可降低功率消耗，達到省電目的；US20160036118A通過無線充電的方式緩解了智能手環的續航問題；US9891595A通過優化向用戶顯示圖像的方式，減少顯示器的能源消耗，增強了手環的電池壽命。

4.1.2 三星

三星公司早在2000年已經開始進行智能手環設備的技術研發，目前已經有多款產品面世，并廣受歡迎。

在傳感器方面，EP2733581A在智能手環上設置有光學傳感器，處理器與光學傳感器進行通信用于拍攝外部圖像；US2015335283A中設置有心電圖（ECG）傳感器以及生物傳感器（例如，脈搏、體溫、血壓、體脂等），用于獲取佩戴者的心電圖并對其進行分析；KR20160128378A將各種傳感器進行組合，深度或鄰近傳感器用于檢測何時用戶的手、手指或臉靠近了顯示器，慣性傳感器可用于激活或解鎖設備，以及檢測一個或多個手勢；觸覺輸入的傳感器，可向用戶提供觸覺反饋。

在顯示技術方面，WO2017116095A涉及智能手環的柔性顯示器，處理器將信息傳送至顯示屏中的顯示區域。

關于提高續航時間，KR20160105396A通過將可移除次電源耦合到電路，利用次電力對主電源充電，延長設備被穿戴的時間；WO2017074064A通過改變智能手環內線圈的排列布置結構，減少無線通信時的能量損耗。

4.2 國內重要申請人技術路線分析

在國內，小米公司2014年才開始涉足智能手環設備，雖然在該領域的起步較晚，但是十分重視專利，與技術研發同步進行專利申請，布局專利保護，保證市場競爭力。此外，深圳埃微信息技術有限公司，雖然是新興企業，但其在智能手環領域的技術貢獻也是可圈可點。

4.2.1 小米

小米科技有限公司2014年涉足智能手環領域，以其技術和價格的優勢，迅速占據國內智能手環市場首位，其在智能手環領域專利申請涉及的技術也是比較全面的。

在傳感器方面，CN104158946A中設置有距離傳感器，判斷智能手環和綁定的手機之間的距離小于預設距離閾值時，才運行手機；CN104639966A中設置有各種傳感器，比如重力加速度傳感器、陀螺儀傳感器等，智能手環通過內置傳感器采集用戶動作所產生的動作數據，比如手勢識別等；CN105768405A中設置有光傳感器，可以通過傳感器的感光度值獲取當前環境的光線情況，如果當前環境的光線情況滿足預設的亮度觸發條件，則開啟目標燈具。

關于提高續航時間，CN104223612A通過控制環形本體中的環形導電線圈作切割磁力線運動，產生感應電流，并用蓄電模塊將感應電流儲存起來，無需連接充電線、無需原始電源即可實現對智能手環的充電；CN105404382A根據智能手環檢測到的用戶行為狀態信息來自動開啟對應的省電模式，達到省電目的。

顯示技術方面，CN105977280通過在曲面基底上依次形成薄膜晶體管、有機發光層和封裝結構來構成顯示裝置，各層結構均可以制作的較薄，易于形成彎曲的顯示裝置。

4.2.2 深圳埃微信息技術有限公司

深圳埃微信息技術有限公司在智能手環方面的研究比較全面，旗下產品埃微蛋卷系列手環以及i6系列手環等均已面世。其中CN106385481A公開一種能語音控制的智能手環，包括骨傳導模塊，通過骨傳導模塊能更便捷、更清晰的接聽電話；CN106340246A涉及智能手環彎曲顯示屏的顯示方法，根據多個顯示區域在彎曲顯示屏上的位置以及多個注視角閾值范圍確定彎曲顯示屏的顯示參數，對用戶觀看角度較佳的顯示區域進行高質量的圖像顯示，降低對觀看角度不佳的顯示區域的圖像顯示質量。

5 趨勢預測

智能手環在提高人們生活品質、促進生活方式智能化方面起到了很重要的作用，隨著傳感器技術的發展，各類新型傳感器將不斷呈現，將各種新型傳感器應用到智能手環上，實現更精確感測、更快速響應、更豐富操作，是研究的一個重要方向；同時，隨著柔性顯示技術的日趨完善，可彎曲柔性屏幕也將是智能穿戴設備的研究熱點。

此外，目前市面上的智能手環大多數僅涉及監測睡眠、運動提醒、智能鬧鐘等基礎功能，目前很少有專門針對用戶治療身體的手環，因此一款醫療級別的健康手環，也將會是未來智能手環的一個重要發展方向。

6 結語

目前，國內外對智能手環技術的研究已取得一定進展，通過本文的分析，有助于相關領域的企業以及科研機構了解智能手環技術的專利發展現狀，同時可以使相關領域的企業和科研機構能夠在了解現有專利狀況的基礎上尋找新的突破口，加強創新，推動智能手環技術的發展。

【參考文獻】

[1]高一樂.智能手環的發展現狀分析[J].體育大視野， 2015，33（5）：202-204.

[2]匡曉，許燕.智能手環的臨床有效性評估[J].世界睡眠醫學雜志，2015，6（2）：330-333.

[3]金英偉，尚曉航.技術創新產品購買意愿分析及預測——以智能手環為例[J].消費經濟，2017，1（33）：70-77.