서론

탄성파 반사법 탐사시스템은 자료취득 장비, 자료처리 S/W, 해석 S/W로 구성되며 자료취득 장비로는 탄성파를 지층내부로 보내는 음원부와 지층내부에서 반사되어 돌아오는 신호음을 기록하는 수신부로 나눌 수 있다. 음원부와 수신부는 전선 케이블 연결 또는 전선 케이블을 연결하지 않은 탄성파 탐사자료 취득 시스템이 고안되었고 현장에서 활용되고 있다. 수진기가 전선 케이블로 연결되지 않은 무선 탄성파 탐사 시스템은 중앙제어장치, 송신부, 무선 수진기로 구성된다. 중앙제어장치는 탐사측선 좌표, 송신원 위치 등 탐사설계 변수를 결정하고 송신음원을 제어하고, 송신부는 송신 신호를 보내고 무선 수진기 부분은 탄성파 신호음을 기록하는 역할을 한다(Lee et al., 2016). 무선 탄성파 탐사기술은 음원과 수진기 또는 수진기와 수진기가 전선 케이블로 연결되지 않은 탐사 시스템으로서 산악지형, 수목림, 구릉지, 도심지 등 지형적 특성에 따른 영향을 비교적 적게 받아 자유로운 탐사설계와 자료를 취득 할 수 있다(Freed, 2008). 이와 같은 무선 탄성파 탐사 기술의 장점은 향후 관련 시장 점유율의 확대를 유인하고 무선 탄성파 탐사 관련 특허권으로 독점 배타적인 권리를 확보하고 있는 기업의 이윤을 창출할 것이다.

본 연구에서는 이지오일(Easy oil) 시대가 지나 보편적인 탐사 방법으로는 접근이 어려운 지역의 탐사 수요가 높아지고 있는 점, 보다 정밀한 탐사를 위하여 2차원에서 3차원으로 탄성파 탐사가 고도화되고 있는 점, 작업시간, 인력고용 등 현장 작업의 효율성을 높이고자 하는 점 등을 고려하여 수요가 높아지고 있는 무선 탄성파 탐사 시스템의 수진기를 분석 대상으로 하였다. 동 분야의 기술동향을 살펴보고 미국 특허청에 수진기 관련 특허를 출원/등록하고 제품을 생산․판매하는 페어필드(Fairfield), 서셀(Sercel), 와이어리스 사이스믹(Wireless Seismic) 등 3개 주요 기업의 기술특징을 파악하여 국내 기업 및 기관의 수진기 기술 및 제품 개발에 있어서 향후 특허분쟁 및 기술개발의 중복을 회피할 수 있도록 분석하고자 한다.

분석방법

수진기 분야의 기술동향과 주요 기업의 수진기 분야의 기술특징을 살펴보기 위하여 본 연구에서는 특허를 활용하였다. 특허는 기술에 대한 구체적인 정보를 담고 있고 각 정부가 직접 관리하여 객관성을 담보 할 수 있는 유용한 정보로 널리 활용된다. 기술개발 동향을 파악하기 위한 모니터링 도구로 활용되며, 기술변화, 기술 및 산업간 지식흐름, 경제성장 등 다양한 연구에서 활용되고 있다(Park and Heo, 2010; Maurseth and Verspagen, 2002; Jaffe et al, 2000; Fung and Chow, 2002; Hu and Jaffe, 2003). 한편 특허는 국제특허분류인 IPC(International Patent Classification)를 통해 체계적인 분류, 검색이 가능하여 정보의 양식이 표준화되어 있어 전 세계의 특허문헌을 효율적으로 이용 가능하다는 점에서 큰 장점이 있다. 특히 특허의 청구항(Claim)은 특허법으로 보호받는 독점․배타적인 권리로서 해당 특허가 제시하는 기술에 대하여 설명한 것으로 구체적인 기술의 내용을 파악할 수 있다. 이와 같이 특허데이터는 특정 기술 분야의 경쟁력, 기술개발의 파급경로 등의 분석, 기술의 권리분석 등에 가장 널리 사용되는 데이터 중 하나로 볼 수있다(Park and Lee, 2015).

본 연구의 분석을 위한 데이터는 미국특허청에 출원 및 등록되어 있는 특허를 대상으로 하였다. 미국 특허는 타 국가에 출원 및 등록되는 특허와 비교하여 미국 이외의 타국 출원인의 구성이 높기 때문에 일반적으로 특허를 기반으로 기술동향 분석의 대상으로 미국 특허를 활용하는 것은 타당한 것으로 알려져 있다(Park, 2011). 특허검색 기간, DB, 검색식 등 자세한 특허 검색 개요는 Table 1과 같다.

Table 1. Summarize on Patent search overview

특허 검색식을 설정하기 위하여 유선 및 무선 탄성파 탐사 분야의 연구기관, 신규 수진기 개발 기업 및 특허분석 전문가의 의견을 종합하여 구성하였다. 최근 관심이 높아지고 있는 무선 수진기 기술에 초점을 맞추어 “Cable-free or Wireless” 등으로 검색식이 구성된다면 수진기 관련 주요 핵심특허가 분석대상에 제외 될 수 있다. 따라서 가능한 검색식을 한정하지 않고 사이스믹(seismic), 지오폰(geophone) 등 가능한 넓은 범위로 검색식을 구성하였다. 한편, 지나친 노이즈 발생을 방지하고자 분석 대상 특허가 분류될 것으로 판단되는 국제특허기술분류(International Patent Classification, IPC)를 검색식에 포함하였다. 패밀리 특허를 포함하고 특허의 출원, 등록기간은 분석시점을 기준으로 20년 수준(1998.1.1.~2017.6.7.)으로 설정하였다. 특허 검색을 위한 특허DB는 상용DB인 이노그라피(Innography)를 활용하였다.

검색 결과 수진기 관련 출원 8,117건, 등록 6,479건으로 총 14,866건을 도출하여 총 14,359건을 수진기 분야의 특허동향 분석 대상으로 하였다. 기술특징 분석 대상인 주요기업의 선정을 위하여 우선 동 분야의 특허를 보유하며 탄성파 탐사 시스템 분야의 제품을 생산, 판매하고 있는 제조사를 검토하였다. 동 분야 관련 제조사는 페어필드, 서셀, 와이어리스 사이스믹, 지오스페이스(Geospace), 이노바(INOVA), 지티아이(GTI), 사이스믹 인스트루먼트(Seismic Instruments), 월드센싱(World Sensing) 등 10개 이상의 업체가 활동하고 있다. 본 연구에서는 2013년 알래스카 쿡 인렛(Cook Inlet) 분지에서 2D 및 3D 탐사를 수행한 Yates and Adiletta(2013) 연구에서 활용되었고 멕시코만(Gulf of Mexico)의 아틀란티스 필드에서도 활용된 수진기의 제조사인 페어필드를 분석 대상으로 선정하였다. 또한 다양한 수진기의 성능 리뷰 논문(Dean,T. et al., 2013) 등에 언급되었으며 국내 탐사분야 연구자 및 동 분야 서비스업체의 추천으로 서셀과 와이어리스 사이스믹을 분석 대상으로 선정하였다. 총 3개 기업이 분석 대상이며 해당 특허는 출원 395건, 등록 167건으로 조사되었다.

수진기 분야 특허동향 분석

수진기 관련 분야의 기술동향을 특허를 기반으로 살펴보면 미국특허청에 출원된 수진기 관련 분야는 최근 20년간(1998~2017년) 전체 출원 및 등록 현황은 Fig. 1과 같이 2000년대 초부터 약간의 증감 변화는 있으나 꾸준히 증가세를 유지하고 있으며 특히 2007년부터 2013년까지 매년 500~800건 수준의 특허출원이 이루어지고 있다. 등록 역시 2010년 이후 300건 수준에서 최근 600건 수준으로 지속적인 증가세를 나타내고 있다.

Fig. 1.

U.S. patent applications and grants trend in the field of seismic nodal system.

주요 분석 대상 기업으로 선정한 페어필드, 서셀, 와이어리스 사이스믹 3개 주요 기업의 미국 특허동향을 살펴보면 Table 2와 Fig. 2와 같이 특허출원과 등록 모두 2000년대 초 까지는 미흡한 출원 및 등록현황을 보이고 있다. 이와 같은 동향은 1990년대 후반에서 2000년대 초반까지 3개 주요 기업이 동 분야의 기술개발 및 관련투자 등이 활발하지 않았음을 간접적으로 나타낸다. 그러나 2005년 이후 출원이 급격히 증가하여 20건 수준의 출원이 이루어졌으며 2010년 이후에는 50건 이상의 출원이 이루어지고 있다.

Table 2. No. of patent applications and grants in the field of seismic nodal system by year

Fig. 1.

U.S. patent applications and grants trend of 3 companies in the field of seismic nodal system.

미국의 전체 특허동향과 페어필드, 서셀, 와이어리스 사이스믹 등 3개 주요 기업에 한정하여 특허동향을 비교해볼 때 전체 특허동향은 2007년부터 완만한 상승세를 유지하고 있다. 그러나 3개 주요 기업의 특허동향은 이 보다는 조금 늦은 2012년부터 출원건이 가파르게 증가하는 것으로 나타났다. 이와 같은 현상은 2000년대 중반에 주요 기업의 기술개발 투자가 가파르게 증가한 것으로 판단할 수 있다.

페어필드, 서셀, 와이어리스 사이스믹 등 3개 주요 기업의 수진기 관련 특허출원 건수를 상호 비교하면 페어필드와 서셀은 2000년 이후 특허출원이 꾸준히 증가하고 있으며 특히 서셀 역시 2010년 이후 특허출원이 급증한 것으로 나타났다. 반면 와이어리스 사이스믹는 페어필드와 서셀과는 달리 2000년대 후반부터 소량의 특허를 출원하고 있다. 특허등록 건수를 비교하여 보면 페어필드는 2010년부터 2016년까지 특허등록 건수가 2015년을 제외하고 10건 내외를 유지하고 있고 서셀은 2016년에 특허등록 건수가 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 와이어리스 사이스믹은 2개 기업과 비교하여 상대적으로 특허등록 건수가 적다.

주요 기업의 수진기 기술특징

미국특허청에 출원 또는 등록된 수진기와 관련된 특허 14,866건 중 페어필드, 서셀, 와이어리스 사이스믹의 수진기 관련 특허는 421건(출원과 등록의 중복제거)이다.

3개 기업의 주요 특허에 대한 기술특징을 분석하고자 Table 3과 같이 수진기와의 연관성과 일반적 수진기의 핵심특징 포함여부 및 특허 등록여부에 따라 특허를 등급화 하였다. 총 421건의 특허 중 수진기의 핵심특징을 포함하는 A, B 등급의 특허 33건을 본 연구에서는 각 특허의 기술적 권리를 주장하는 청구항을 분석하여 기술특징을 살펴보는 대상으로 선별하였다.

Table 3. Technology grade criteria

한편, 주요 기업의 기술동향을 체계적으로 살펴보기 위하여 분석대상 특허의 기술내용에 따라 A, B, C 등급에 해당하는 특허 97건을 자료처리(Data Processing), 배치(Deployment), 신호감지(Detection) 및 기타(Others)로 기술을 분류하였다. 자료처리 기술의 세부기술은 잡음제거(Noise removal), 필터링(Data filtering), 3D 영상화(3D imaging)가 포함되며, 배치 기술의 세부기술은 센서 배치(Sensor deployment), 케이블(Cable)이 포함된다. 신호감지 기술의 세부기술은 무선통신(Communication), 동기화(Synchronization), 탄성파 자료취득(Seismic data acquisition), 패키지(Package)가 포함된다. 각 분류별 주요 기업의 특허 현황은 Table 4와 같다. 종합적으로 주요기업들은 상대적으로 신호감지 분야의 기술개발이 많이 이루어졌으며 특히 서셀은 동 분야의 특허 총 60건 중 45건을 보유하는 등 신호감지 분야에 다양한 기술확보가 이루어져 있음을 확인하였다. 페어필드의 경우에는 서셀이나 와이어리스 사이스믹과 같이 기술개발이 특정 분야에 집중된 형태가 아니라 자료처리, 배치, 신호감지 등 수진기 개발에 필요한 다양한 분야의 기술을 유사한 비중으로 확보하는 특징을 파악하였다.

Fig. 3에서는 페어필드, 서셀, 와이어리스 사이스믹의 특허 중 C 등급 이상인 특허 97건을 Table 4의 4개의 기술별로 구분하여 연도별 동향을 살펴보았다. 페어필드, 서셀, 와이어리스 사이스믹 등 출원인들은 신호감지 기술분야에 집중하여 특허를 출원하고 있으며 이러한 경향은 2011년 이후에 더욱 두드러지게 나타나고 있다. 그 밖에 배치나 자료처리 분야는 급격한 증가는 없으나 꾸준한 출원이 이루어지고 있음을 확인하였다.

Fig. 3.

U.S. patent applications trend of 3 companies in the field of seismic nodal system by technology classification.

Table 4. Technology classification

신호감지 분야 세부기술의 특허출원 경향을 보면 2012년에는 수진기의 패키지(외장구조)나 케이블(커넥터 구조) 영역의 특허출원이 많았고 2013년에는 패키지 기술과 시간기록계 관련 동기화 기술, 탄성파 자료 획득(센서구조)과 관련된 기술이 증가하는 것으로 분석되었다. 특히 2013년의 동기화 기술은 GPS 수신기를 이용한 측정 시간의 타이밍 동기화 기술을 구체화하여(예를 들어 디더링(dithering) 시간과 송신시간 간격의 비율을 50% 이하가 되도록 함) 특허출원이 이루어졌다. 2014년에는 동기화 기술과 더불어 통신 분야의 특허출원 증가 하였으며 점차 수진기의 독립 작동을 강조하여 중앙제어장치와 통신하지 않고도 탄성파 자료를 획득한 수진기가 일정 수준의 자료 처리와 저장을 할 수 있도록 수진기를 구성하는 특허나 실시간 자료 검출 능력을 강화하기 위한 제어기술 등의 특허가 출원되었다.

즉 동 분야 특허기술의 변천은 대체로 2012년에는 수진기의 외장구조 등 물리적 구조의 기술, 2013년에는 수진기의 구체적인 동기화 기술, 2014년에는 수진기의 무선화를 통해 독립적 작동이 가능한 통신 기술로 진화해 가고 있는 것으로 판단된다.

페어필드

페어필드 기술의 특징을 분석하기 위하여 선별된 특허는 총 8건으로 Table 4의 기술분류 상 신호감지에 속하는 기술들로 세부기술은 측정 시간과 송신 시간의 동기화를 강화하는 등의 동기화 기술에 속하는 시간기록계 및 주파수 관련 분야 기술 3건, 환경, 물리적 조건에 의해 직접적 전송이 어려운 경우 데이터 통신이 가능한 탐사 어레이용 통신시스템을 제공하는 무선통신기술에 속하는 송신 주파수 범위 관련 1건, 패키지 기술에 속하는 외장구조 관련 2건, 자료 취득 방법 관련 1건, 배터리 관련 1건으로 분석되었다.

기술등급 A에 속하는 즉, 신규 수진기를 개발하고자 할 때 주의할 필요가 있는 페어필드의 특허는 “다중 송신을 이용한 탄성파 노달 시스템 자료취득 기술(US9360575(2013))”에 관한 것으로 2013년 1월에 출원하여 2016년 6월에 등록된 특허로 존속기간은 2034년까지이다. 동 특허는 탄성파 탐사를 수행하는 주요 기술적 절차에 관한 특허로서 탐사 지역의 수진기 배치, 탄성파 다중음원 송신 활성화, 다중 송신에 따라 생성되는 신호의 기록 등에 관한 내용으로 구성되어 있다.

동 특허에서 확인할 수 있는 동기화 기술은 탄성파 신호 감지 장치가 복수의 신호에 반응하여 생성된 신호들을 기록하는 기술을 통해 탄성파의 측정 시간과 음원송신 시간의 동기화를 하는 기술로서 서로 다른 음원 간의 지연을 나타내는 디더링 시간과 송신 간격의 비율이 1/2 이하인 복수의 음원을 활성화하는 타이밍 함수를 선택하고 이를 기반으로 획득된 탄성파 자료를 디더링하는 단계를 포함하는 것이 특징인 기술이다.

Table 5의 탄성파 자료를 취합하는 부문은 독립적 작동을 위하여 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이 전원(22), 수진기(18), 탄성파 신호 레코더(24), 시간 동기화를 위한 시간기록계(20) 등을 포함하고 랙(rack)에서 포트(10)를 연결하여 저장된 탄성파 자료를 다른 장치로 보낼 수 있도록 하는 연결 수단인 커넥터(46)와 해저에서 유닛의 위치를 결정하기 위한 음향 위치 변환기(42)로 구성되어 있다. 동 특허는 추가적으로 Table 6과 같이 GPS 수신기도 구비할 수 있도록 기술적 권리를 확보하고 있다. 또한 각 수진기를 랙에 수납하여 충전하거나 자료가 출력이 되도록 하여 중앙에서 자료를 수집할 수 있도록 하는 구성도 기술적 특징으로 볼 수 있다.

Table 5. Claim⁴⁾ and image of US9360575

Claim 1	The invention claimed is: A method of performing a seismic survey, comprising: deploying nodal seismic sensors at positions in a survey region; selecting a timing function for activating a plurality of seismic sources that includes a ratio of a dither time to a shot interval that is less than or equal to 1/2, wherein the dither time indicates a delay between two shots from two different seismic sources of the plurality of seismic sources and the shot interval indicates a delay between two shots from an individual seismic source of the plurality of seismic sources; activating, using a modulation signature configured to identify each of the plurality of seismic sources, and based on the timing function, the plurality of seismic sources corresponding to the survey region; recording, via the nodal seismic sensors, seismic signals generated in response to activating the plurality of seismic sources; and deblending, based on the timing function that includes the ratio of the dither time to the shot interval that is less than or equal to 1/2, the seismic signals recorded via the nodal seismic sensors to generate data representing subsurface structures indicative of oil or gas.
Image 1 Seismic data collection pod		power source 22 geophone 18 seismic data recorder 24 clock 20 acoustic location transducer 42 connector 46 control mechanism 23 hydrophone 44 RFID 40 Bracket 48

Table 6. Dependent claims of US9360575 for GPS receiver for synchronization

페어필드의 통신 관련 특허 US7124028(2003)은 2006년 10월에 등록된 탄성파 자료의 전송을 위한 방법과 시스템에 관한 특허로 원격의 수진기 제어 및 자료 수집 스테이션에서 신호나 자료를 상황에 따라 유연하게 송수신하는 것이 가능한 통신 방법에 대한 기술 보여준다. Table 7의 청구항을 살펴보면 동 특허의 기술은 구체적으로 자료 전송이 어려울 때 단거리 무선 전송을 이용하여 통신이 가능하도록 하는 데이터 전송 방식을 개선한 기술이다. 또한 다른 전송 경로를 허락하여 통신하는 링크된 릴레이 시스템을 사용하는 자료 수집 스테이션과 어레이에서 다중 원거리 스테이션들 간에 자료를 전송하는 기술이다. 미국 법정의 의견 및 결정사항을 제공하는 LEAGLE社에 따르면 동 특허 US7124028(2003)은 US7983847(2006) 및 US8296068(2011)과 함께 2013년 11월 와이어리스 사이스믹, 델라웨어(Delaware corporation)를 상대로 특허 침해 소송을 제기하였고 2014년 9월 추가적으로 소송을 제기하였다. 이와 같이 US7124028(2003)이 침해소송의 대상특허 중의 하나라는 것은 동 특허의 기술적 중요도, 시장성 등이 높은 특허로 볼 수 있다.

Table 7. Claim and image of US7124028

Claim 1	A method for seismic data transmission comprising the steps of: A. providing a plurality of seismic acquisition units, wherein each of said seismic acquisition units is capable of acquiring seismic data, receiving a short range radio transmission; B. utilizing a at least two of said seismic acquisition units to transmit seismic data via short range radio transmission to another seismic acquisition unit in the array; C. utilizing a at least two of said seismic acquision units to receive seismic data via short range radio transmission from another seismic acquisition unit int the array; D. partitioning said plurality of seismic acquisition units into at least two sub-sets of seismic acquisition units; and E. using a short range radio transmission technique having parameters set so that non-interfering radio transmission may be effected in each sub-set
Image 1 Seismic acquisition array		seismic acquisition array 14 seismic acquisition unit strings 18s seismic unit 12s control station 16 concentrators 20s omnidirectional transmission range 22 wireless link 23

페어필드에서 개발한 수진기의 배터리와 관련한 특허 US9465078(2013)은 2016년 11월에 등록된 특허로 기술의 내용을 살펴보면 Table 8과 같다. 청구항 1항과 같이 배터리의 충전 용량과 내구성을 예측하는 특허기술로 수진기가 작동하는 동안 프로세서가 배터리의 파라미터 정보를 확인하고 사용 환경과 비교하여 배터리 상태에 따른 수진기를 제어하는 특징을 갖는 기술이다.

Table 8. Claim and image of US9465078 on battery related technology

이 외에도 신규 수진기 개발을 위하여 주의하여 살펴야 할 페어필드의 특허로 탄성파 자료 획득 장치에서 타이밍 함수를 보정하는 장치에 관한 특허인 US8605543(2007)은 보상 테이블을 활용해 보정을 하는 기술적 특징을 갖고 있으며 이와 같은 기술들은 수집된 탄성파 자료의 신뢰도를 향상시키는 주요한 기술로 볼 수 있다.

탄성파 자료 획득을 위한 방법과 장치와 관련한 페어필드 특허인 US7286442(2005)는 2007년 10월 등록된 특허로 시간기록계 동기화 상태에서 탄성파 자료를 지속적으로 기록하는 것이 가능한 기술이다. 동기화 분야에서 페어필드는 로컬 오실레이터의 주파수를 조정하여 수신 주파수와 예상 주파수의 차이를 일정 값 이하로 하여 동기화시키는 특허 US6701133(2000) 또한 보유하고 있다.

한편 페어필드는 자료취득, 동기화, 무선통신 및 신뢰도 향상을 위한 특허 이외에 수진기 외장구조를 개선한 특허도 보유하고 있다. US8611191(2008)은 종래 조작이 어려운 금속 잠금 장치를 사용하지 않도록 하는 기술이고, US7254093(2004)은 주위 환경에 영향을 받지 않도록 외장 구조를 개선하여 잡음을 최소화하는 기술에 관한 특허이다.

이상에서 살펴 본 페어필드의 수진기 관련 특허의 기술적 내용을 고려하여 볼 때 페어필드 는 탄성파 탐사 자료의 신뢰도 향상을 위해 수진기의 외장 등을 물리적 구성을 개선하는 기술은 물론 원격의 수진기 제어, 자료 전송방식의 개선 관련 특허의 확보 등으로 볼 때 점차 독립적으로 작동할 수 있는 수진기의 특성을 고려한 기술을 개량하는 데 초점을 맞추고 있는 것으로 판단된다. 향후 수진기 자체에서 획득된 자료의 정확도를 향상시키기 위한 동기화 기술이나 배터리 관련 특허를 보유하는 것과 관련하여 전선 케이블의 연결 없이 독립 전원의 성능 향상을 위한 제어 기술이 점차 증가할 것으로 예상할 수 있겠다.

서셀

서셀의 A, B 등급 특허는 총 20건으로 페어필드, 와이어리스 사이스믹 등 타 사 대비 많은 특허를 보유하고 있으며 다 기업과 달리 특허검색 기간 전반에 걸쳐 지속적인 출원, 등록이 이루어지고 있다.

서셀의 보유특허 역시 페어필드와 동일하게 신호감지 분야에 속하며 세부기술로는 무선통신에 속하는 자료회수장치(harvest unit) 관련 1건, 중간모듈(intermediate module) 관련 2건, 복합 네트워크(mixed network) 1건, 무선통신(wireless) 관련 2건으로 총 6건이며, 자료취득(센서구조) 관련 6건, 동기화 기술에 속하는 시간기록계 관련 2건, 기타 내․외장구조 관련 6건으로 분석되었다.

무선통신 분야의 중간모듈 관련 특허인 US9599733(2014)은 2017년 3월에 등록된 특허로 복수의 수진기로부터 자료를 획득하는 방법에 관한 기술로서 중앙의 유닛과 통신하지 않고도 수진기에서 자료 검색과 처리가 가능하여 현장 작업자가 자율적으로 탄성파 탐사자료 획득 유닛을 관리 할 수 있는 특징을 갖고 있다. Table 9와 같이 동 특허의 청구항 제1항에 나타난 바와 같이 적어도 하나의 장치를 싱크 유닛(CU)으로서 할당을 하고 할당되지 않은 적어도 하나의 탄성파 자료 획득 유닛들(CDs)과 멀티-홉 네트워크를 구성하고 설정된 무선 경로를 통해 탄성파 자료 획득 유닛들이 획득한 자료를 싱크 유닛으로 전송하고 역으로 싱크 유닛에서 탄성파 자료 획득 유닛들로도 소정의 자료를 전송하는 방법을 특징으로 한다. 동 특허를 볼 때 최근 독립적으로 사용할 수 있는 수진기에 대한 서셀의 관심이 높은 것을 간접적으로 파악할 수 있다.

Table 9. Claim and image of US9599733

Claim 1	A method comprising: collecting, in a collecting device distinct from a central unit, data coming from a plurality of seismic acquisition units, said collecting device being used by a field operator and enabling said field operator to retrieve and process the collected data without any communication with a lab team which manages the central unit, wherein the collecting comprises: assigning at least one device as a sink unit, and wherein, for a given sink unit, the collecting comprises the following acts for data specific to at least one seismic acquisition unit not assigned as a sink unit: transmitting said specific data from said at least one seismic acquisition unit to said given sink unit, via a radio path established in a radio multi-hop network built at least with said given sink unit and said plurality of seismic acquisition units; and transmitting said specific data from said given sink unit to said collecting device, via a link.
Image 3 Seismic data acquisition system		N1~N8: Nodes (wireless seismic acquisition units) CU: Central Unit CD: Collecting Device QC: Quality Control data

특허 US8339899(2009)는 Table 10의 도면와 같이 유선으로 연결된 수진기의 케이블에 문제가 발생하더라도 중앙 처리 유닛과 시스템을 형성하는데 문제가 없도록 중앙 처리 유닛과 독립적으로 동작하고 동기화가 가능한 기술이며 전력 공급 수단(배터리)도 갖추고 있다.

Table 10. Claim and image of US8339899

Claim 1	A seismic data acquisition system comprising: a central processing unit; a cabled network connected to said central processing unit comprising a plurality of acquisition lines each comprising: electronic units assembled in series along a telemetry cable and each associated with at least one seismic sensor, said units processing signals transmitted by said sensor(s); intermediate modules assembled in series along said telemetry cable and each associated with at least one of said electronic units, each intermediate module providing power supply and synchronisation to said electronic unit(s) wherewith it is associated; wherein each electronic unit is associated with at least two intermediate modules including at least one upstream and at least one downstream from said electronic unit along said telemetry cable, each intermediate module comprising: autonomous synchronisation means independent from said central processing unit; bidirectional and autonomous power supply means so as to power at least one unit upstream from said intermediate module and/or at least one unit downstream from said intermediate module; and means for storing said signals processed by said electronic units, said storage means being bidirectional so as to store the signals from at least one unit upstream from said intermediate module and/or at least one unit downstream from said intermediate module.
Image 3 Seismic data acquisition system		Seismic data acquisition system Central processing unit 1 Radio transmission/receptiom means 11 of the central processing unit Radio transmission/receoption means 44 of the intermediate modules

그 밖에 서셀은 자료회수장치를 이용하여 원격 획득 유닛으로부터의 자료를 무선으로 업로드 하고 중앙 제어 유닛으로 자료를 무선으로 전송하는 방법을 제시한 US8547796(2008), 노드 세트 및 위성 포지셔닝 시스템을 포함하는 무선 네트워크를 형성하는 자료 획득 장치에 대한 US8520587(2005), 유선과 무선을 혼합한 방식의 자료 통신을 향상시키는 방법을 제시한 US7869444(2005), 무선통신 기술을 활용하여 조사 시간과 비용을 줄일 수 있는 US6219620(2001) 등의 통신 기술을 개선하는 기술을 확보하고 있다.

탄성파 자료취득과 관련한 기술분야의 특허인 US9389324(2013)는 Table 11의 청구항에서 확인할 수 있는 바와 같이 자기장으로 유발되는 온도를 보상하여 탄성파의 정확한 신호를 기록하게 할 수 있도록 하는 기술이다.

Table 11. Claim and image of US9389324

Claim 1	A seismic sensor for detecting a characteristic of a medium during a seismic survey, the seismic sensor comprising: a casing; a magnet located inside the casing; a coil assembly located inside the casing, wherein the coil assembly moves relative to the magnet; and a temperature-sensitive device connected to terminals of the coil assembly, wherein the magnet and the coil assembly produce a temperature-sensitive intrinsic damping and the temperature-sensitive device produces an additional damping that is selected to counterbalance the temperature-sensitive intrinsic damping to obtain a compensated damping that reduces effects of a changing magnetic field so that a phase of a recorded seismic signal is compensated for temperature-induced magnetic field changes, and wherein the additional damping varies with temperature.
Image 2 and 3 seismic nodal system		Seismic sensor Casing 202, 302 Magnet 204, 304 Terminal 210, 310 Coil Assembly 206, 306 Resistor 208 Temperature-sensitive device 320

자료취득 분야에서 서셀은 정전기 강도(electrostatic stiffness)를 조정할 수 있는 전기 회로를 포함하여 가속도계를 개선하는 특허 US6497149(2000)를 보유하고 있으며 수진기가 획득한 탄성파 자료를 보정하는 기술에 관한 특허 US7292504(2003)를 통하여 수진기에 중력이 영향을 주는 문제를 보상할 수 있는 기술을 확보하고 있다. US7730786(2008)은 수진기가 탄성파 자료 취득을 위해 확실히 고정되도록 팁의 커플링을 지면에 맞추도록 하는 구성에 대한 기술이며, 센서가 바람직한 방향을 향하여 신호를 감지하도록 센서 고정용 판을 이용하는 구성이 특징인 US7612886(2005)을 확보하고 있다. 또한 해양탐사 분야에서 수심에 따라 탄성파 신호 감지 장치가 변환되는 기술에 관한 것으로 해저면과 수진기의 접촉하는 부분을 단락 시키는 방법을 이용하여 일정 깊이를 초과하면 탐사 장비를 자동으로 끌 수 있는 변환 방법에 관한 특허 US9251983(2013)을 보유하고 있다.

동기화 분야에서 서셀은 US9513388(2014), US9304218(2013) 등 두 개의 특허를 보유하고 있다. 두 특허는 동기화 기술 분야의 시간기록계 관련 특허로 수진기간에 동기화를 함에 있어 정확도를 향상시키기 위한 기술들로 2016년에 등록된 특허들이며 이는 페어필드와 마찬가지로 서셀 또한 동기화 분야에 대한 관심이 최근에 높은 것을 간접적으로 확인할 수 있다.

그 외 서셀은 수진기의 내외장 구조와 관련된 특허도 다수 보유하고 있다. US9556694(2014)는 중력에 따라 개폐 되는 클램핑 기구를 이용하여 모터 없이 동작하는 수진기 의 구성과 관련한 특허이며 US9494449(2013)는 센서 유닛이 불안정하게 설치되는 것을 방지하기 위한 케이스 구조와 관련된 특허이다. US9291730(2012)는 수진기의 외장이 케이블의 경로를 지정하고 일정 부분을 고정하도록 하여 그 장력을 활용하는 특허이며 이 외에도 US9291729(2012), US8599862(2010), US7120087(2003)에서도 수진기 외장의 물리적 구조를 개량하여 자료 수집을 할 때 환경의 영향을 최소화 할 수 있는 특허로 서셀의 수진기 외장과 관련된 기술개발 특징을 살펴 볼 수 있다.

위와 같이 서셀의 수진기 관련 특허의 특징을 종합적으로 볼 때 서셀 역시 페어필드와 유사하게 수진기가 독립적으로 사용되기 위한 무선 통신기술 개발에 주력하여 관련 특허를 비교적 다수 보유하고 있고 이와 비교하여 탄성파 자료의 정확도를 향상시키기 위한 오차 보정 특허들도 무선 통신기술 개발과 유사한 수준으로 특허를 보유하고 있다. 이와 더불어 수진기의 물리적 구조를 개량함으로써 획득 자료의 오차를 최소화하는 최적화된 수진기 외장구조에 대한 특허를 과거부터 최근까지 꾸준히 등록하고 있으며 최근에는 페어필드 사와 같이 동기화 기술과 관련된 기술개발이 이루어져 특허도 점차 등록하고 있는 것으로 볼 수 있다.

와이어리스 사이스믹

A, B 등급에 속하는 와이어리스 사이스믹의 특허는 5건으로 무선통신 분야 4건과 동기화 분야 1건으로 구성되어 있다. 무선통신 분야의 세부기술로는 다중모드, 자료경로, 순차적 자료, 무선통신 관련 기술이 각 1건이며, 동기화 분야에는 시간기록계 기술 1건으로 분석되었다.

무선통신 분야 특허인 US9594175(2014)는 2017년 3월에 등록되었으며 다중 모드를 지원하는 탄성파 탐사 시스템에 관한 것으로 실시간 자료 검출이 가능하도록 다수의 탄성파에 대응되는 각 정보를 소정의 모드에서 수신하여 공통의 시간 중에 해석하는 기술적 특징이 있다. 동일 분야 특허인 US8614928(2011)은 무선 자료 수집 시스템으로 자기 초기화 기능을 갖춘 수진기가 탄성파 자료 획득 모듈의 방향 변화를 감지하면서 무선 어레이에서 다른 탄성파 획득 모듈을 조사한 뒤 자료전달 경로를 구축하는 기술적 특징을 갖고 있다. US8238198(2010)은 수진기에서 자료 전송 시 충돌이 발생하지 않도록 멀티플렉싱 시퀀스를 통해 자료를 순차적으로 전송되도록 하는 기술이 핵심 내용이다. US7773457(2006)은 무선 수진기에서 탄성파 탐사 자료 전송에 지연이 발생하지 않도록 무선 시리얼 자료 전달 경로를 정의하고 일정 주기에 따라 자료를 전송하는 기술적 특징을 갖고 있다.

와이어리스 사이스믹의 동기화 기술 분야 시간기록계 관련 특허인 US8228757(2009)은 2012년 7월에 등록되었고, 무선 탄성파 센서 어레이에서 모듈의 동기화에 관한 것으로 정확한 타이밍에서 동기화하기 위하여 무선 자료 획득 모듈이 탄성파 어레이와 다른 어레이의 시간을 참조하여 지연 여부를 확인하고 지연 값을 고려하여 클럭의 동기화를 수행하는 기술적 특징을 갖고 있다. 구체적으로 Table 12의 청구항에서 보이는 바와 같이 US8228757(2009)은 탄성파 센서 어레이의 일부로부터 시간 기준 이벤트를 무선 자료 획득 모듈에서 먼저 수신하고 수신된 시간 기준 이벤트와 관련된 지연 값을 결정하고 그 시간 기준 이벤트와 관련하여 클럭을 동기화시키기 위해 상기 지연 값을 기반으로 클럭을 조정하는 기술이다. Table 12의 도면으로 설명하면 제어기(301)는 기준 신호(309)를 GPS 수신기(312) 또는 라디오 이벤트(307)로 부터 수신할 수 있고 지연 시간에 대한 클럭을 조정 할 수 있다. 지연 시간은 기준 시간 이벤트를 처리하는 기준 클럭, 기준 클럭과 제어기(301) 사이의 전송 지연 및 제어기(301) 내의 처리 시간과 관련되며 이를 마스터 클럭에 전달하여 D/A 컨버터를 통해 VCXO(305)의 출력 주파수를 제어할 수 있고 이는 시스템 클럭(320)에 반영되며 유닛 클럭(306)을 동기화시킬 수 있다.

Table 12. Claim and image of US8228757

Claim 1	A method for synchronizing a wireless data acquisition module in a sismic array, the method comprising: first receiving at the wireless data acquisition module a time reerence event from a separate first component of said seismic array; determining a delay value associated with said received time reference event, wherein the delay value includes a transmission delay associated with transmission of the time refernce event from the first component to the wireless data acquisition module; and adjusting a clock based on the delay value to synchronize the clock in relation to the time reference event.
Claim 8	The method of claim 1, further comprising: generating the reference time event from a known time value.
Claim 9	The method of claim8, wherein the known time value is GPS time
Image 3 System clock control block diagram		Controller 301 Error Detector 302 Clock Adjustment Algorithm 303 GOS receiver 312 Master clock ․ D/A converter 304 ․ Oscillator 305 Unit Clock 306 System clock 320 Radio event 307

와이어리스 사이스믹의 A, B 등급의 수진기 관련 특허를 기술적 특징은 페어필드, 서셀 과는 상이하게 배터리, 패키지, 자료취득 등의 분야의 기술은 특허로 보유하지 않았으며 무선통신과 동기화 분야에 집중된 형태로서 수진기의 자료 전송 효율을 향상시키기 위한 기술에 초점을 두는 것으로 분석되었다.

결론 및 시사점

본 연구에서는 보편적인 탐사 방법으로는 접근이 어려운 지역의 탐사 수요가 높아지고, 정밀한 탐사를 위하여 2D에서 3D로 탄성파 탐사가 고도화되고 있어 수요가 높아지는 무선 탄성파 탐사 시스템의 수진기를 대상으로 미국특허동향을 분석하였다. 동 분야 주요 제조사인 페어필드, 서셀, 와이어리스 사이스믹가 보유하는 특허의 세부 기술분야를 확인하였고, A/D 컨버터 이용, 배터리를 이용한 전원 공급, 시간동기화 실시 등의 핵심 특징의 포함 여부를 검토하여 핵심특허를 선별하여 각 특허의 기술적 특징을 살펴보았다.

무선 수진기 관련 분야는 최근 20년간 출원 증가율이 지속적으로 높아지고 있어 동 분야의 기술개발이 활성화 되고 관련 시장이 성장하는 것으로 볼 수 있겠다. 특히 2010년 이후의 성장이 두드러지고 있어 향후 기술 및 시장경쟁이 더욱 확대될 것으로 예상할 수 있겠다.

분석 대상으로 선정한 주요기업 중 페어필드, 와이어리스 사이스믹의 특허동향은 전체 동향과는 조금 다르게 나타났다. 페어필드는 2000년 초에 특허활동이 시작되었으며 와이어리스 사이스믹은 이보다 늦은 2000년 중반에 특허활동이 시작되어 2000년 이전에는 동 분야의 기술개발이 미흡하였거나 또는 기술개발 이후 특허활동이 활발하지 않았음을 확인 할 수 있다. 3개 주요기업 모두 2000년 중반 이후 주요 기업의 특허 출원이 증가하기 시작하였고 2010년 이후 가파른 출원 증가율을 보였다. 이와 같은 결과는 2000년 초부터 주요기업들의 기술개발이 지속적으로 증가하고 있음을 예상해 볼 수 있으며 기술개발의 증가는 관련 시장이 성숙되고 있음을 반증하는 것으로 볼 수 있다.

주요기업의 핵심특허를 대상으로 하는 기술분석은 총 33건이다. 페어필드의 특허는 8건으로 무선통신, 동기화, 자료취득, 패키지 등 신호감지 분야의 세부기술 전체에 걸쳐 기술을 확보하고 있음을 확인하였다. 또한 특히 3개 기업 중 유일하게 배터리 성능의 예측과 평가에 관한 주요특허를 보유하고 있다. 본문에서 분석한 바와 같이 페어필드의 기술특징은 배터리, 동기화, 통신, 외장구조 등의 주요특허를 보유하여 독립적으로 작동할 수 있는 수진기의 특성을 고려하여 종합적으로 기술을 개량하고 있는 것으로 볼 수 있겠다.

서셀의 핵심특허는 주요기업 중 가장 많은 20건을 보유하고 있으며 페어필드와 동일하게 신호감지 분야의 세부 기술분야 대부분의 기술을 확보하고 있다. 동기화 분야에서는 세세분야가 시간기록계로 페어필드와 동일하지만 무선통신 분야에서는 무선통신, 복합 네트워크, 자료회수 장치, 중간 모듈 등으로 페어필드의 무선통신 분야의 세부 기술구성과의 차별성을 확인 하였다. 또한 자료취득 분야에서는 페어필드의 자료 획득 방법과는 달리 신뢰도 높은 자료 취득을 위한 센서구조 분야의 특허로만 구성되어 있다. 서셀의 수진기 관련 특허의 기술적 특징은 본문에서 분석한 바와 같이 무선 통신기술 개발에 주력하고 있으며 센서구조를 활용한 탄성파 탐사 자료의 신뢰도 향상 기술개발로 볼 수 있겠다.

마지막으로 와이어리스 사이스믹의 핵심특허는 5건으로 소량이며 페어필드와 같이 다양한 분야의 핵심특허를 보유하고 있지 않았다. 핵심특허의 기술분야는 무선통신과 동기화 분야에 집중되어 있음을 확인하였다. 핵심특허의 기술내용은 실시간 자료 검출 방안, 저비용, 고효율 무선자료 획득 방안, 유닛의 자료 전송시 충돌회피 등 파악하였으며 수진기의 자료 전송 효율을 향상을 와이어리스 사이스믹 특허의 기술적 특징으로 볼 수 있겠다.

페어필드, 서셀, 와이어리스 사이스믹 등 제조사의 높은 특허출원증가율은 동 분야 시장의 현황을 반영한다고 볼 수 있다. 수요가 증가하고 있는 제품의 제조 및 판매에 있어서 기업간의 시장점유 경쟁은 필연적으로 높아지며 특허분쟁으로 이어질 가능성이 높아진다. 특허는 출원하는 해당국에서 출원인의 기술적 권리를 독점배타적으로 인정하고 관련법으로 보호한다. 기술적 권리 범위는 등록된 특허의 청구항이며 동 청구항의 내용을 타인이 침해하여 상업적으로 활용한 경우 특허분쟁이 일어날 수 있다. 이러한 특허분쟁, 특허침해소송 등은 관련 시장이 성장하고 있거나 성숙한 시기에 빈번히 발생한다. 특허침해소송에서 침해가 인정되는 기업의 경우 상당액 배상 등으로 기업 존폐까지 문제가 될 수 있다.

따라서 본 연구에서 검토한 무선 수진기의 시장 성장 현황, 주요기업의 자료의 신뢰도 향상, 자료전송효율 향상, 무선 수진기의 특성 개량 등 특허 청구항 정보는 기술개발의 중복 회피는 물론이며, 동 분야의 시장성장으로 상업적으로 수진기를 제조․판매하고자 하는 신규 제조사는 특허분쟁을 회피하기 위한 중요한 정보가 된다. 신규 진입기업은 수진기의 개념설계 단계 이전부터 주요기업의 제품을 확인하고 이와 관련하여 본 연구에서 분석한 핵심특허의 청구항에 기술된 기술내용을 포함하여 필수적인 특허의 청구항을 확인하여 한다.

¹⁾www.uspto.gov
²⁾노이즈(Noise)는 특허분석에 있어서 분석대상과 관계없는 특허가 검색 결과에 포함되는 것을 지칭함.
³⁾여기서 핵심 특징은 수진기 내 A/D 컨버터 이용, 배터리를 이용한 전원 공급, GPS 신호를 수신하여 시간 동기화 실시, 자료 회수를 위한 랙(rack) 사용 등이 해당됨.
⁴⁾청구항은 출원인이 발명한 기술의 권리를 나타내는 정보가 기재된 부분임.
⁵⁾IN THE UNITED STATES DISTRICT COURT FOR THE EASTERN DISTRICT OF TEXAS MARSHALL DIVISION, Case No. 2:13-CV-903-JRG-RSP.