特許情報からみる

赤外線技術の動向調査
報告書

－ 目次 －

1. はじめに ........................................................................................................................ 1
2. 技術解説 ........................................................................................................................ 2
2.1 赤外領域の基礎 .................................................................................................................. 2
2.1.1 大気の窓（atmospheric window） ............................................................................. 2
2.1.2 エネルギー換算 ............................................................................................................ 4
2.1.3 赤外線に関連する用語 ................................................................................................. 4
2.1.4 赤外線の光学 ............................................................................................................... 5（1）赤外、紫外線の吸収と散乱 ......................................................................................... 6（2）紫外線吸収 .................................................................................................................. 6（3）赤外吸収 ..................................................................................................................... 7（4）散乱 ............................................................................................................................ 8（5）光ファイバにおける赤外線応用.................................................................................. 82.2 赤外線波長別領域による特徴と応用 ................................................................................ 102.2.1 近赤外線領域の特徴と応用（0.78～3.0μm 帯） ....................................................... 10（1）YAG レーザー ........................................................................................................... 10（2）赤外線通信 ................................................................................................................ 10（3）LED（リモコン） .................................................................................................... 10（4）近赤外分光 ................................................................................................................ 11
2.2.2 中赤外線領域の特徴と応用（3.0～50μm） ............................................................... 11（1）センサー応用 ............................................................................................................ 11（2）レーザー加工 ............................................................................................................ 11（3）赤外線分光分析......................................................................................................... 122.2.3 遠赤外線領域の特徴と応用（50μm~1mm） ............................................................. 12（1）熱エネルギーとしての応用 ....................................................................................... 12（2）センサーの特定検出波長としての応用 ..................................................................... 13（3）アクティブ応用......................................................................................................... 132.3 赤外線の検出器と光源...................................................................................................... 132.3.1 赤外線光源 ................................................................................................................. 13（1）遠赤外レーザーX 線発生装置 ................................................................................... 13i

（2）成膜装置 ................................................................................................................... 14
2.3.2 赤外線検出器（センサー） ........................................................................................ 14（1）光伝導センサー......................................................................................................... 14（2）光起電力センサー ..................................................................................................... 15（3）熱型センサー ............................................................................................................ 15
2.3.3 光検出器の物理 .......................................................................................................... 15（1）受光感度 ................................................................................................................... 15（2）雑音等価電力（NEP：Noise Equivalent Power） .................................................. 16（3）比検出能力（D*） .................................................................................................... 162.3.4 赤外線センサー各論................................................................................................... 17
2.4 光学材料と光学系 ............................................................................................................. 19（1）アルカリハライド ..................................................................................................... 19（2）アルカリ土類ハライド .............................................................................................. 19（3）カルコゲンガラス ..................................................................................................... 19（4）半導体 ....................................................................................................................... 19（5）高分子材料 ................................................................................................................ 19（6）金属フィルター......................................................................................................... 192.4.1 赤外線光学材料概論................................................................................................... 21（1）アルカリハライド系ガラス ....................................................................................... 23（2）弗化物ガラス ............................................................................................................ 24（3）カルコゲナイドガラス .............................................................................................. 25
2.4.2 赤外線光学系 ............................................................................................................. 26
2.4.3 赤外線光学薄膜 .......................................................................................................... 26
赤外線薄膜材料補足........................................................................................................... 27
3. 特許動向調査・分析 .................................................................................................... 32
3.1 赤外線デバイス ................................................................................................................ 32
3.1.1 赤外材料 .................................................................................................................... 32
3.1.2 赤外窓 ........................................................................................................................ 36
3.1.3 赤外部品（レンズ、フィルター、ファイバー、各種オプティクス）........................ 38
3.1.4 赤外レーザー ............................................................................................................. 42ii

3.1.5 赤外 LED ................................................................................................................... 46
3.1.6 赤外ランプ ................................................................................................................. 48
3.1.7 赤外センサー ............................................................................................................. 51
3.1.8 センサーアレイ .......................................................................................................... 58
3.1.9 サーモグラフィ .......................................................................................................... 62
3.1.10赤外カメラレンズ .................................................................................................... 69｢赤外カメラ｣ ..................................................................................................................... 69｢赤外線レンズ｣ .................................................................................................................. 70
3.2 赤外線応用 ....................................................................................................................... 76
3.2.1 ドローン .................................................................................................................... 76
3.2.2 通信・IoT .................................................................................................................. 79
3.2.3 リモートセンシング................................................................................................... 83
3.2.4 農業・環境・食料 ...................................................................................................... 87
3.2.5 車載応用・自動運転................................................................................................... 95
3.2.6 医療・介護 ............................................................................................................... 102
3.2.7 健康・理美容 ........................................................................................................... 115
3.2.8 セキュリティ・生体認証 ......................................................................................... 122
3.2.9 温度計測・加熱 ........................................................................................................ 126
3.2.10

監視カメラ・照明 .................................................................................................. 135

3.2.11

ロボット・人工知能 ............................................................................................... 139

3.2.12

非破壊検査 ............................................................................................................. 143

3.2.13

天文・気象・宇宙 .................................................................................................. 146

3.2.14

玩具・ゲーム・アミューズメント ......................................................................... 150

3.3 特許出願傾向・分析（出願人別・発明者別・国別） ..................................................... 156
3.3.1 赤外線デバイス ........................................................................................................ 156
3.3.2 赤外線応用 ............................................................................................................... 166
3.3.3 国別赤外線特許出願状況 ......................................................................................... 180
4. 中国における赤外線技術の特許動向 ......................................................................... 181
4.1 中国特許の出願動向 ....................................................................................................... 181
4.2 赤外線関連特許の動向.................................................................................................... 182iii

4.3 各特許の動向（デバイス） ............................................................................................ 183
4.3.1 赤外材料 .................................................................................................................. 183
4.3.2 赤外部品 .................................................................................................................. 184
4.3.3 赤外レーザー ........................................................................................................... 184
4.3.4 赤外 LED ................................................................................................................. 185
4.3.5 赤外ランプ ............................................................................................................... 185
4.3.6 赤外センサー ........................................................................................................... 185
4.3.7 センサーアレイ ........................................................................................................ 186
5. まとめ ........................................................................................................................ 187
5.1 赤外線領域の応用の可能性 ............................................................................................ 187
5.2 提言 ................................................................................................................................ 188iv

1. はじめに1. はじめに
本報告書は 2009 年に｢紫外線および赤外線領域のビジネス動向調査｣を発刊して以来 8 年が経過しており、その後の技術の進展を俯瞰しつつ赤外線領域に絞って、特許調査をしたものである。
調査方法としては、2000 年から 2017 年までの特許公開公報（再公表公報等を含む）をベースに赤外線に関わる部品、材料から各種応用分野までを特許検索用キーワードにしたがって調査したものである。各項に特許の概要とキーワードクラウド、IPC 分類とその範疇での件数をグラフ化している。IPC 分類については、別冊付録として概要を表にまとめた。それを参照しつつ、どの分野の特許件数が多いかを類推することができる。
本報告書は、部品・材料および各種応用分野別毎に具体的な特許案件の具体的な内容を 3 件から 10 件くらい選択して掲載した。選択の基準は、特許の書式的なデータ（被引用件数、ファミリー特許の数、残存期間、権利化の有無）をベースに、最新のものから順に並べて特許調査員が直接読み込み、目に付く案件をリストアップしたものである。特許調査員は、弁理士、技術士、特許検索の専門家、さらに赤外線分野で活躍している技術者などが担当した。できるだけ客観的にピックアップすることを心がけたが、どうしてもある種の主観が入ることはご容赦願いたい。
部品・材料の項と応用分野の項では、だぶりが出てくるができるだけどちらかに分類して整合性を取った。
今回の調査では、セキュリティ、医療、農業、非破壊的検査などに顕著な優良特許が見られた。
また、最近では従来の分光法からスペクトル（波長別）イメージ法など画像表示や画像分析法が出てきている。
ただし、技術の最先端が必ずしも特許化されている訳ではなく、特許法の制約上新たな特許明細書が公開されるまでには最小限 1.5 年を必要としている。したがって、公開された特許を検索しつつ、その明細書からどのような方向に発展・改良されているのかを読まなければならない。
その時に必要な知識は、学術的な論文の内容や学会発表などである。特に、新規な研究開発テーマを決める際には、特許情報とともに学術動向にも留意しなければならない。
今回特に中国特許調査を加えた。中国特許庁への出願特許および日本の特許庁への出願事例なども調査対象とした。中国特許は、機械翻訳をベースにしたので必ずしも的を射ているかどうか分からないが、少なくとも専門家の目に付いた案件を抽出したつもりである。
技術動向とともに特許動向を併せて見ていただくことで、技術の新規性、進歩性の行方を占って欲しい。

12. 技術解説

2. 技術解説
2.1

赤外領域の基礎

赤外線（Infrared Radiation：IR）は 1800 年ハーシェルが可視スペクトルの端より長波長側に熱効果の大きい部分があることを発見したことに端を発している。熱作用を持つので熱線（heatrays）とも呼ばれ、可視光線の長波長端の 0.76～0.83μm から、（上限が明白になってはいないが）1mm くらいまでの波長範囲の電磁波を意味している。
赤外線の区分は見方により異なるが、本報告書では ISO20173 に倣って 3.0μm 以下を近赤外線（near infrared radiation）、3.0～50μm を中赤外線（middle infrared radiation）、これ以上を遠赤外線（far infrared radiation）と呼ぶことにする。最近よく聞くテラヘルツ波は、30～3000μmまでの中から遠赤外領域を表している。
表 2.1

赤外領域の定義

分類

略語 1

略語 2

波長（μm）

周波数 THz

近赤外NIRIR-A

0.78～1.4385～215IR-B1.4～3.0

215～100MIR

IRC

3.0～50100～6FIR

IRC

50～1000

6～0.3

THz

THz-wave

30～3000

10～0.1

Near Infrared
中赤外Mid Infrared
遠赤外
Far Infrared
参考：テラヘルツ波Terahertz Wave

ここで、波長 3μm が 100THz に当たることを覚えておくと良い。

2.1.1

大気の窓（atmospheric window）

赤外線を透過させる大気の窓があり、その波長帯（周波数帯）では高い透過率を持つ。これは宇宙空間まで透明であることを意味しており、衛星から大気の窓を通して赤外線情報を得ることができる。5μm から 8μm までは、水蒸気の吸収帯がありこの領域の赤外線は大気中を透過しない。以下の表に示すように 0.8μm 帯から 25μm 帯までの赤外線領域さらにサブミリ帯である 330から 370μm 帯に大気の窓があり、衛星を使った計測や通信が可能となる。
赤外線を大気中で使う場合、水や二酸化炭素による吸収を考慮する必要がある。3～5μm、8～14μm の波長領域では、大気中に含まれている水蒸気（H2O）や炭酸ガス（CO2）による吸収がほとんどない領域があり、この「大気の窓」を利用する。赤外線天文学や赤外線エネルギー量を測定する放射温度計にとって重要である。

22.1 赤外領域の基礎

表 2.2

バンド名

大気の窓

波長帯（μm）

周波数帯（THz)

I

0.8～1.0300～375J

1.1～1.4

214～273H

1.5～1.8

167～200

K

2.0～2.4

125～145

L

3.0～4.075～100M

4.6～5.060～65

N

7.5～14.5

21～40

Q

17～25

12～18

サブミリ波

330～370

0.8～0.9

N バンドまでの詳細な大気の透過率を以下に示す。主として、炭酸ガスと水蒸気の吸収帯が顕著である。

図 2.1

大気の透過率

（太田二朗「赤外カメラの特長、用途と動向」Vision Japan2008 セミナー資料より）

33. 特許動向調査・分析

3. 特許動向調査・分析
3.1

赤外線デバイス

3.1.1

赤外材料

赤外線材料の多くはガラスセラミックスでありガラス組成の特許が多数出願されている。
キーワードは「ガラス」が最も強く表示されガラス材料であることを示している。
IPC をみると、ガラスの化学組成が付与されている特許が多い。

050100150C03C

200250300

243C03B

20G02B

17H01L

6G11B

3F24C

2赤外材料

特開 2009-298634

近赤外吸収フィルタ用ガラス

この近赤外吸収フィルタ用ガラスは、通常の熔融設備で大量生産可能であり、フッ素およびアルカリ成分を含有しないリン酸塩系ガラスである｡
特開 2013-209224

紫外線赤外線吸収ガラス

この紫外線赤外線吸収ガラスは、着色成分を含むソーダ石灰シリカ系のガラスである｡
特開 2017-019670

光学ガラス、ガラスプリフォーム、及び光学部品

この光学ガラスは、近赤外領域で透過率が高い｡B2O3 及び LaF3 を必須成分とし、Zn 成分及び近赤外域に吸収を有する成分を含有しない｡

32

3.1 赤外線デバイス - 赤外材料

発明の名称

近赤外吸収フィルタ用ガラス

公開番号

特開 2009-298634

出願番号

特願 2008-153967 (2008.06.12)

出願人

株式会社住田光学ガラス

特許番号

特許 5270973 (2013.05.17)

要約【課題】フッ化物を含有しないリン酸塩系ガラスにおいて、実用的な耐候性と安定性を有し、しかも分光特性が良好であり、通常の熔融設備で大量生産可能な近赤外吸収フィルタ用ガラスを提供する。
【解決手段】実質的にフッ素およびアルカリ成分を含有せず、重量パーセントで、P2O5が 45.0～55.0％、Al2O3 が 0～3.5％、B2O3 が 0～2.0％、Nb2O5 が 0～5.0％、MgO が 0～10.0％、CaO が 0～15.0％、SrO が 0～10.0％、BaO が 23.0～40.0％、（但し、MgO、CaO、SrO、BaO の合量が 35.0～55.0％）、ZnO が 0～13.0％、Gd2O3 が 0～4.0％、を含む基礎ガラス 100 重量部に、CuO を 0.9～7.0％、Sb2O3 を 0～3.0％含有するガラスを近赤外吸収フィルタとして用いる。

図面33

3. 特許動向調査・分析

発明の名称

紫外線赤外線吸収ガラス

公開番号

特開 2013-209224

出願番号

特願 2012-078502 (2012.03.30)

出願人

セントラル硝子株式会社

特許番号

特許 5935445 (2016.05.20)

要約【課題】紫外線吸収性能に必要なガラス中のＣｅＯ２含有量を低減させながらも、各種窓ガラスとして利用可能な紫外線赤外線吸収ガラスを提供することを目的とした。
【解決手段】ソーダ石灰シリカ系ガラスに着色成分が含有されてなる紫外線赤外線吸収ガラスであって、該着色成分は該紫外線赤外線吸収ガラスの質量に対して、ＣｅＯ２を０．０５～０．９％、Ｆｅ２Ｏ３（全酸化鉄）を０．５０～１．２０％、ＦｅＯ（２価の鉄）を０．０８～０．３０％、ＴｉＯ２を０．１～１．５％、ＣｏＯを１０～２５ｐｐｍ、及びＣｒ２Ｏ３を０．１～５０ｐｐｍ含有し、３価鉄に対する２価鉄の質量比（Ｆｅ２＋/Ｆｅ３＋）が０．２０～０．４５となるものであり、ＪＩＳ Ｚ ８７０１のＤ６５光源に準拠して測定した主波長が５１０～５６０ｎｍであることを特徴とする紫外線赤外線吸収ガラス。

図面

なし

34

3.1 赤外線デバイス - 赤外材料

発明の名称

光学ガラス、ガラスプリフォーム、及び光学部品

公開番号

特開 2017-019670

出願番号

特願 2015-136321 (2015.07.07)

出願人

株式会社住田光学ガラス

特許番号

特許 6028071 (2016.10.21)

要約【課題】高屈折率を有し且つ低分散性である上、近赤外領域での透過率が高い光学ガラスの提供。
【解決手段】Ｂ２Ｏ３及びＬａＦ３を必須成分とし、Ｚｎ成分及び近赤外域に吸収を有する成分を含有させない上、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３及びＹ２Ｏ３の含有量の合計、並びにＬａＦ、ＧｄＦ３及びＹＦ３の含有量の合計の適正化が図られた光学ガラスである。

３図面

35

3. 特許動向調査・分析

3.2

赤外線応用

3.2.1

ドローン

ドローンが近年の開発製品であるため、ドローンと赤外線を組み合わせた発明を開示した特許公報は多くない。ドローンに赤外線カメラを搭載する例が挙げられる。
IPC を見ると、物理計測が付与されている特許が多い。

0G01N
C07D
G06K
A01K
A61N
C08G
C08L
G05D
G06F
G06Q
G08B

特開 2017-104025

123

4
3

22
1111
1111

ドローン

無人航空機を用いた漁業支援システム

無人航空機（ドローン）に GPS 装置と可視光カメラと赤外線カメラを搭載し、水面の画像デー
タと位置を漁船に送信する。漁船では、魚群とその位置を検出する。ドローンには、海水面からの反射光の赤外成分を測定して海水面の温度を検出する高分解能放射計も搭載されている。
特開 2017-078575

検査システム、及び検査方法

ドローンに搭載した赤外線カメラによってソーラーパネルや建築物等の検査対象物を撮像し、その欠陥を特定する。

76

3.2 赤外線応用 – ドローン

発明の名称

無人航空機を用いた漁業支援システム

公開番号

特開 2017-104025

出願番号

特願 2015-238758 (2015.12.07)

出願人

株式会社東和電機製作所

特許番号
要約

【課題】無人航空機（ドローン）を利用した最適な漁業支援システムを確立し、提供する。
【解決手段】漁業支援システムは、漁船に搭載された漁船側制御装置１１と、漁船側無線送受信装置１２を搭載しており、無人航空機（ドローン）には航空機側制御装置２１と、漁船側無線送受信装置１１との間でデータの送受信を行う航空機側無線送受信装置
２２と、無人航空機（ドローン）の位置を把握して航空機側制御装置２１に入力する航空機位置把握装置２７と、水面を撮影し得られた画像データを航空機側制御装置２１に入力する撮像装置２３、２４とを備えている。
航空機側制御装置２１は、撮像装置２３、２４から得た画像データから魚群を検出し、検出した魚群と航空機位置把握装置２７から得られる時の無人航空機（ドローン）の位置とを関連させたデータを、航空機側無線送受信装置２２及び漁船側無線送受信装置１２を介して漁船側制御装置１１へ送るように構成する。

図面77

3. 特許動向調査・分析

発明の名称

検査システム、及び検査方法

公開番号

特開 2017-078575

出願番号

特願 2015-205313 (2015.10.19)

出願人

エナジー・ソリューションズ株式会社、ソフトバンク・テクノロジー株式会社、サイバートラスト株式会社、株式会社ユビキタス

特許番号
要約

【課題】ドローンを遠隔操作することで検査対象物を撮影し、撮影情報に基づく検査対象物の不具合の検査を、迅速かつ低コストで行う検査システム及び検査方法を提供する。
【解決手段】検査システムでは、ドローン１は、第１通信部が、ステーション端末２からの航行制御情報及び撮影制御情報を受信し、航行制御情報に基づいて航行制御部の制御の下で自動航行を行いつつ、撮影制御情報に基づいてカメラによる撮影を行って撮影情報を取得すると共に、位置情報取得部により位置情報を取得し、第１通信部が撮影情報及び位置情報をステーション端末２に送信し、ステーション端末２は、第２通信部が撮影情報及び位置情報をサーバ装置３に転送し、サーバ装置３は、第３通信部が撮影情報及び位置情報を受信し、画像解析部が撮影情報を解析し、検査対象物の欠陥を特定する。

図面78

3. 特許動向調査・分析

3.3

特許出願傾向・分析（出願人別・発明者別・国別）

3.3.1

赤外線デバイス
赤外線材料

出願人

0

5

旭硝子株式会社
日本電気硝子株式会社
HOYA株式会社
セントラル硝子株式会社
エージーシー グラス ユーロップ
ショット アクチエンゲゼルシャフト
日本板硝子株式会社
サンーゴバン グラス フランス
成都光明光 電 股 分 有限公司
コーニング インコーポレイテッド
ピーピージー インダストリーズ オハイオ インコーポレイテッド
ピルキントン グループ リミテッド
五鈴精工硝子株式会社
株式会社住田光学ガラス
東ソー株式会社
独立行政法人産業技術総合研究所
エヌジーケイ オプトセラミックス株式会社
ユーロケラ ソシエテ オン ノーム コレクティフ信越石英株式会社
日本碍子株式会社
旭テクノグラス株式会社
AGCテクノグラス株式会社
ショット アーゲー
東ソー エスジーエム株式会社
株式会社オハラ近藤裕己
鄒学禄ドギモン オドレイ
ランブリット トーマス
蜂谷洋一
池西幹男
孫偉
都築達也
大川博之
飯田雄一
佐藤史雄
此下聡子
瀬戸啓充
笹井淳
匡波
大原盛輝
町下汎史
鈴木英俊
末次竜也
栄西俊彦
佐野真
坂本明彦
山田修輔
新井一喜
栗山延也

24131313121110
9202530

3540

17

発明者
86615677771088891210
101111141245

41
39

66
6
55444443
333

655
55515

28

赤外線材料
010131313161415

3.3 特許出願傾向

赤外窓
0出願人
5三菱電機株式会社株式会社日本セラテック
パナソニック株式会社
パナソニックIPマネジメント株式会社
株式会社島津製作所
日本電気株式会社
日立アプライアンス株式会社
株式会社アルファ オイコス
独立行政法人産業技術総合研究所
パナソニック電工株式会社
日本セラミック株式会社
旭化成エレクトロニクス株式会社
株式会社アルファ イーコー
株式会社堀場製作所
シルバーブルック リサーチ ピーティワイ リミテッド
ブラウン ゲーエムベーハー
住友電気工業株式会社
大阪瓦斯株式会社
日本写真印刷株式会社
日産自動車株式会社
松下電工株式会社
株式会社アルバック
株式会社ミクニ株式会社ユメディカ

215202520

10987
6
666
5
55
55
444444
444
4

赤外窓
010

発明者

4

6810

12

千葉貴史

11

坂口功

11

植松忠之

11

井上幸生

10

傳井美史

10

酒巻誠

10

寺田昌男

9

谷口良

8

荒金伸明

6

上津智宏

5

倉科晴次

5

山崎隆雄

5

木村親吾

5

松尾良平

5

田中基樹

5

西川尚之

5157

4. 中国における赤外線技術の特許動向

4. 中国における赤外線技術の特許動向
4.1中国特許の出願動向

近年、中国の特許出願件数は非常に増加している。図 4.1 に示すように 2011 年には 50万件を超える出願件数であった特許出願件数が 2016 年には 130 万件を越える特許出願件数となっている。なお、実用新案の出願件数も特許出願件数と同様に 2011 年に 58 万件であったが 2016 年には 147 万件へと大幅に増加している。ちなみに日本の特許出願件数は2011 年に 34 万件であったが 2016 年には 32 万件と徐々に出願件数が減少してきている。

1,600,000
1,400,000
1,200,000
1,000,000

特許800,000

実用新案600,000

意匠

400,000
200,000
2011

2012

2013

図 4.12014

2015

2016

中国の特許出願件数

出典：SIPO(中華人民共和国国家知識産権局）月次統計より作成

また、中国の特許出願件数の内訳を見ると図 4.2 に示すように外国出願人による出願件数は 11 万件から 13 万件へと 2 万件程度増えており外国企業が中国市場に期待するところが見受けられるが、中国出願人による出願件数は 2011 年の 41 万件から 2016 年の 120 万件と 3 倍程度増加しており、近年の中国特許出願件数の増加は中国出願人の出願によるものであることがわかる。

181