什麼是 SWIR？短波紅外光相機原理、特色與工業應用
一、SWIR 是什麼？與可見光的差異
SWIR（短波紅外光）指的是波長約介於900至2500奈米（nm）之間的電磁波，位於可見光與中波紅外光（MWIR）之間。
相較之下：
- 可見光的波長範圍約為 400 至 700 奈米。
- 近紅外線（NIR）波長範圍約為700至900奈米。
- SWIR 波段進一步延伸至人眼無法感知的光譜範圍。
由於短波紅外線（SWIR）屬於人眼無法感知的光譜範圍，無法透過一般相機或肉眼直接觀察；然而，正因其波長較長，使其在多種材料上展現出更優異的穿透能力。
短波紅外光（SWIR）能有效穿透或減弱以下物質表面的干擾：
- 塑膠外殼材質
- 陶瓷塗層
- 部分油墨與印刷層
- 矽晶體材料
此特性使得 SWIR 特別適合應用於內部結構檢測、隱藏缺陷識別以及材料差異分析。
二、SWIR 成像的原理與優勢
短波紅外（SWIR）成像技術利用特殊感測器（如銦鎵砷化鎵 InGaAs 感測器）接收物體反射或透射的短波紅外光，並將其轉換為可視化影像。與熱成像不同，SWIR 並非測量物體本身的溫度，而是觀察材料在短波紅外波段的反射與吸收特性，因此能呈現更細緻的結構資訊及材質差異。
由於 SWIR 波長較可見光更長，對多種工業材料具有優異的穿透能力，能有效減少表面干擾。常見可被穿透或識別的材料包括塑膠、薄膜、陶瓷塗層、油墨及矽晶材料，使得隱藏於表面的結構、缺陷或標記得以清晰呈現。此特性使 SWIR 在半導體、電子製造及包裝檢測等領域展現出極高的應用價值。
在成像環境適應性方面，SWIR 相機可配合主動式紅外光源使用，即使在低光甚至無可見光的條件下，仍能穩定成像，不受環境亮度影響。此優勢對於封閉設備內部、遮光產線或不適合使用可見光的製程尤為重要。
此外，不同材料在短波紅外光（SWIR）波段的吸收與反射率存在顯著差異，尤其是水分在此波段具有高度吸收特性，使得 SWIR 技術非常適合用於材料辨識與成分分析。例如，水分含量、乾燥程度、異物混入以及材料分類等應用，已廣泛應用於食品、生醫及高階工業檢測領域。
三、SWIR 與 NIR／LWIR 的比較
NIR、SWIR 與 LWIR 之間的主要差異在於所使用的光波長範圍不同。由於各種材料對不同波長光的穿透率與反射率各異，因此每個波段皆有其最適合的應用場景，並不存在單一波段能滿足所有需求的情況。
在溫度測量與熱影像應用中，最常使用的波段為長波紅外線（LWIR）。
根據黑體輻射理論，人體所發出的輻射能量峰值約落在 10 微米附近，正好位於 LWIR 波段範圍內，因此 LWIR 特別適合用於體溫測量及熱分佈的觀察。
相較之下，SWIR 並非用於測量溫度，而主要應用於工業檢測與材料識別。
由於 SWIR 的成像波段不在可見光範圍內，因此拍攝出的影像與人眼所見有所不同，這是正常現象。正因如此，SWIR 不受人眼視覺的限制，能更清晰地揭示材料的結構特性，因而特別適合用於工業領域。
在實務應用中，是否採用 SWIR 技術主要取決於待測物的材料特性。例如，矽晶圓在可見光波段難以穿透，但在 SWIR 波段下則相對透明。利用 SWIR 光源搭配感光元件，便能成功捕捉晶圓下方的結構影像，這正是 SWIR 技術在半導體及高階製程檢測中被廣泛應用的關鍵所在。
| 項目 | NIR（近紅外） | SWIR（短波紅外） | LWIR（長波紅外） |
| 波長範圍 | 約 700–900 nm | 約 900–2500 nm | 約 8–14 μm |
| 是否可見 | 不可見（接近可見光） | 不可見 | 不可見 |
| 成像原理 | 反射光成像 | 反射／透射光成像 | 物體自身熱輻射 |
| 是否量測溫度 | 否 | 否 | 是 |
| 穿透能力 | 低～中 | 高 | 幾乎無（受表面溫度影響） |
| 材料分辨能力 | 有限 | 高 | 低 |
| 對環境光依賴 | 需環境光或紅外光源 | 可搭配主動式光源 | 不需外部光源 |
| 與人眼影像相似度 | 高 | 低 | 無關 |
| 主要優勢 | 成本低、容易導入 | 材料辨識、內部結構成像 | 溫度與熱分佈量測 |
| 常見應用 | 基本辨識、對比檢測 | 工業檢測、半導體、材料分析 | 熱影像、體溫、過熱監控 |
為什麼短波紅外線（SWIR）特別適合用於工業檢測？
市面上大多數相機所拍攝的影像，皆屬於可見光波段，也就是人眼能直接辨識的光線範圍。然而，若將短波紅外線（SWIR）相機當作一般相機使用，所拍攝出的影像往往與肉眼所見大相逕庭，甚至會讓人直覺懷疑「相機是不是故障？」
這其實是正常現象，原因在於短波紅外光（SWIR）的波段定義與可見光截然不同。由於可見光是以人眼可辨識的波長為基準，SWIR 的成像結果自然無法忠實呈現肉眼所見的畫面。因此，SWIR 相機並不適合用於一般拍攝，但在工業檢測領域卻有極佳的應用價值。
在實際應用中，是否選擇使用 SWIR 相機，仍需根據待測物的材料特性來評估。以矽晶圓為例，矽在可見光波長範圍內幾乎不具穿透性，因此難以觀察其內部或下層結構；然而，在 SWIR 波段，矽則展現出相對透明的特性。
正是基於這種光學差異，當需要檢測或成像矽晶圓下方結構時，便可利用 SWIR 波段的光源搭配 SWIR 感光元件，有效獲取可見光難以捕捉的影像資訊，從而實現高精度的工業檢測。
四、SWIR 的典型應用
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半導體晶圓檢測技術
在半導體製程中，矽材料於 SWIR 波段展現出優異的穿透特性，使得 SWIR 相機能夠觀察到可見光難以成像的晶圓內部及下層結構。此特性特別適用於晶圓缺陷檢測、對位確認以及封裝前的檢查，有助於提升製程良率與品質穩定性。
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食品異物檢測技術
SWIR 成像技術能根據不同材料對光的吸收差異進行辨識，對於塑膠、玻璃、骨頭及其他非食品異物的檢測，具備比可見光更高的識別能力。即使異物顏色與食品本體相近，SWIR影像仍能清晰區分，因而被廣泛應用於食品安全與品質管控流程中。
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包裝透視檢測技術
許多包裝材料（如塑膠薄膜及複合材質）在短波紅外線（SWIR）波段具有較高的穿透性，使得 SWIR 相機能夠在不破壞包裝的前提下，檢測內部物品是否缺失、錯置或封裝不良。此技術廣泛應用於自動化生產線上的包裝完整性檢測。
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電池測試
在鋰電池及其他能源電池的製程中，短波紅外線（SWIR）技術可用來觀測電池內部結構、極片位置及堆疊狀態。由於部分電池材料在SWIR波段展現出不同的穿透與反射特性，該技術能有效協助及早偵測製程異常，進而降低後續的安全風險。
五、如何選擇SWIR相機？
在導入 SWIR 相機之前，選擇合適的型號至關重要，因為這將直接影響檢測效果與系統的穩定性。以下將從感測器技術與實際規格配置兩個層面，說明選擇 SWIR 相機時需特別注意的關鍵要點。
- 感測器技術（如 InGaAs 等）
目前工業用短波紅外（SWIR）相機最常採用的感測器技術為砷化鎵銦（InGaAs Indium Gallium Arsenide）。此類感測器對波長約在900至1700奈米的短波紅外光具有良好的感光效率，能穩定捕捉材料在SWIR波段的穿透與反射特性，因此廣泛應用於半導體製造、材料識別及工業檢測等領域。
在選擇感測器時，應特別留意其可支援的波段範圍、雜訊表現及穩定性，確保能符合實際待測物的光學特性，而非僅以「是否為 SWIR 相機」作為唯一判斷標準。
- 解析度、靈敏度與系統介面介紹
解析度決定了可辨識的最小細節，應根據檢測精度的需求選擇合適的規格，而非盲目追求高解析度。對於微小結構或精密元件的檢測，高解析度有助於提升缺陷識別能力；而在大面積或高速產線檢測時，則需在解析度與檢測速度之間取得適當的平衡。
靈敏度會影響在低對比度或微弱訊號條件下的成像品質，尤其在穿透檢測或低光照環境中更為關鍵。只有搭配適當的 SWIR 光源，才能充分發揮相機的最佳效能。
在系統整合方面，需確認相機所支援的通訊介面（如 GigE、Camera Link、USB3 Vision 等）是否能與現有設備、影像處理系統或 AOI 平台順利整合，以避免未來擴充時出現限制。
- 鏡頭與光學系統的搭配
SWIR 成像效果不僅取決於相機本身，鏡頭是否支援 SWIR 波段同樣至關重要。一般可見光鏡頭在 SWIR 波段可能會出現穿透率不足或成像模糊的情況，因此需選用專為 SWIR 設計或明確標示支援該波段的鏡頭。
此外，根據檢測距離、視野範圍（FOV）及空間限制，必須合理調整焦距與光圈設定，才能在實際產線中獲得穩定且可重複的檢測效果。
隨著製程精度與品質要求日益提升，單靠可見光檢測已難以滿足現代工業的實際需求。短波紅外（SWIR）相機憑藉其獨特的波段特性及材料識別能力，正逐漸成為半導體、電子製造、食品及材料檢測等領域中不可或缺的重要技術。
然而，SWIR 檢測並非「相機規格越高越好」，是否適合導入仍需綜合考量待測物的特性、製程條件以及系統整合需求。從感測器的選擇、光源的配置、鏡頭的搭配，到實際應用場景的驗證，這些環節都會影響最終的檢測效果。
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