撰文 & 採訪 : 光寶科技 LITEON 編輯部 （企業品牌價值發展中心）
技術審稿 : 光寶核心競爭力中心
過去，紅外線感測（Infrared Sensing）多半讓人聯想到遙控器這類「對準後按下」的簡單電子產品，讓不可見光成為日常裝置中的實用控制介面。如今，同一段光譜已經成為 AI 人工智慧、IoT 物聯網、移動載具、工業自動化、安防與醫療照護系統中的精密感測層。紅外線通常是指波長約 780 nm 至 1 mm 的電磁波。不過在工程應用中，波長選擇不只是依照光譜分類，還需要一併考量偵測器響應度（Detector Responsivity）、大氣穿透率、光學材料相容性以及人眼安全等因素。常見應用波長包括用於消費性電子與接近感測（Proximity Sensing）的 850 nm、940 nm，以及用於光達（LiDAR）與車用感測系統的 905 nm、1550 nm。
這項演進之所以關鍵，是因為機器不只要「看見」物體，更要能在強光、振動、粉塵、環境光、熱漂移（Thermal Drift）與長時間運轉等條件下，維持穩定的光學訊號。在真實系統中，前端訊號品質，包括訊雜比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）、環境光干擾與時序失真（Timing Distortion），都會直接影響後端演算法的判斷準確度。若光學資料過弱或不穩定，便可能造成誤偵測、距離估算不佳，甚至導致系統層級的錯誤判斷。因此，紅外線感測的真正進展，不只是紅外線發射器變得更小或更亮，而是發射器與偵測器系統已從基本的指令傳輸，演進為經過校準、且具備高訊雜比（High-SNR）的感測架構。發射端的關鍵參數，例如驅動電流、脈衝寬度、輻射強度與中心波長，必須與偵測器響應（Detector Response）、濾光設計（Filtering）、封裝穩定性及訊號處理一併規劃。接面溫度（Junction Temperature）、散熱管理與長期老化行為，也會影響光輸出、波長穩定度與元件壽命，因此都是可靠紅外線感測設計中不可忽視的因素。
在感測鏈的前端，紅外線發射器扮演光學發射端的角色。驅動電流、脈衝寬度、輻射強度與中心波長會決定有多少可用光能抵達目標物，同時避免不必要的功耗或造成接收端飽和。在工業與智慧裝置感測中，選擇紅外線光源不能只看亮度。它還必須匹配偵測器的光譜靈敏度（Spectral Sensitivity），配合機構開孔，符合人眼安全與功耗需求，並且在溫度變化與長期老化後仍維持一致輸出。散熱設計尤其重要，因為接面溫度（Junction Temperature）可能改變光輸出、降低輻射效率，並加速長期劣化。
偵測器負責將反射或穿透回來的光能轉換為電訊號。PIN 光電二極體（PIN Photodiode）或光電晶體（Phototransistor）會把入射光子轉換成電流，而可量測輸出會受到有效感光面積、接面電容、暗電流（Dark Current）、響應度（Responsivity）與反應時間影響。
偵測器選型本質上是一種取捨。較大的有效感光面積能收集更多光線，提高偵測餘裕，但通常也會增加電容並降低頻寬。較低的電容則有助於在精密光電二極體電路（Precision Photodiode Circuit）中取得更快反應與更好的雜訊表現，對時序敏感的應用尤其關鍵。
在發射與接收之間，光學路徑對系統準確度具有關鍵影響。透鏡、開孔、模造視窗（Molded Window）、導光結構與光學濾光片會決定接收端捕捉到的是目標反射訊號，還是非預期的環境光能量。良好的光學設計能協助塑造發射場型、排除帶外光源、降低內部反射，並限制發射器與接收器之間的光學串擾。這在小型化模組中尤其重要，因為光源與偵測器往往距離很近，雜散反射（Stray Reflection）可能扭曲實際量測訊號。
類比前端（Analog Front End, AFE）會把微弱的光電流轉換成主控端可使用的資訊。典型訊號鏈可能包含跨阻放大器（Transimpedance Amplifier, TIA）、濾波級（Filtering Stage）、類比數位轉換器（Analog-to-Digital Converter, ADC）、韌體閾值（Firmware Thresholds）與補償演算法（Compensation Algorithms）。在實際系統中，雜訊不可能被完全移除。系統必須在增益（Gain）、頻寬（Bandwidth）與濾波（Filtering）之間取得平衡，才能在真實操作條件下最佳化訊雜比（SNR）。電源雜訊、環境光、偵測器暗電流、電路耦合與光學串擾都可能影響訊號品質。因此，訊號處理並不是把雜訊「抹除」，而是在光學與電氣設計的限制下，協助抑制、補償並解讀訊號。
發射器封裝：SMD 與 DIP（Emitter Packaging: SMD vs. DIP）
封裝選擇會定義紅外線感測設計的機構與光學邊界。表面黏著元件（Surface-Mount Device, SMD）發射器是現代小型化電子產品的主要方向，因為它支援高密度 PCB 配置、自動化迴焊（Automated Reflow）與微型感測模組設計。雙列直插封裝（Dual In-Line Package, DIP）發射器則仍適用於需要較強導腳固定、板上間隙，或較高模造透鏡以形成特定發光場型的應用。SMD 與 DIP 的選擇，取決於機構限制、光場需求、組裝方式與可靠度要求。
在接收端，PIN 光電二極體（PIN Photodiode）廣泛用於重視速度、線性度與精密度的應用。其低電容與快速載子收集特性，使其適合脈衝時序、光學編碼器、精密距離量測與高頻感測電路。對於要求更高的光達（LiDAR）與飛時測距（Time-of-Flight, ToF）系統，崩潰光電二極體（Avalanche Photodiode, APD）與單光子崩潰二極體（Single-Photon Avalanche Diode, SPAD）也被廣泛採用。APD 可提供內部增益，而 SPAD 則能支援光子時序應用所需的高時間解析度偵測。
光電晶體（Phototransistor）則是另一種取捨。它能提供內部電流增益，並簡化外部前端電路，但相較於光電二極體，通常會伴隨較高雜訊、較慢反應速度與較差線性度。儘管如此，在成本敏感的物件偵測、槽型感測器（Slot Sensor）與存在偵測（Presence Check）中，光電晶體仍具吸引力，但仍需要適當電路設計，才能維持穩定的訊號品質。
在反射式主動感測（Reflective Active Sensing）中，光源與接收器配置於目標區域的同一側。當物體將部分發射出的紅外線能量反射回接收端開孔時，系統即可偵測到物件存在。量測訊號不只取決於目標距離、表面反射率、入射角與接收視域（Field of View, FoV），也會受到表面粗糙度、雙向反射分佈函數（Bidirectional Reflectance Distribution Function, BRDF）與波長相關反射特性（Wavelength-Dependent Reflection Behavior）影響。這些因素在工業環境中可能造成明顯量測差異，尤其當目標表面具有高光澤、深色、紋理、曲面，或受到粉塵與濕氣污染時更為明顯。
在遮斷式感測（Interruption Mode）中，光學配置較為固定。光源與接收器彼此相對，當移動零件、邊緣、輪盤、標籤或致動器遮斷光路時，系統就會偵測到光束損失。光遮斷器（Photointerrupter）正是採用這種穿透式感測原理（Transmission-Type Sensing），因此常見於位置感測、計數、邊緣偵測與極限位置偵測等應用。
在移動載具系統中，飛時測距（Time-of-Flight, ToF）架構會透過計算發射光子往返所需時間來量測距離。這類系統可能使用高功率紅外線發射器，包括以垂直共振腔面射型雷射（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, VCSEL）為基礎的照明光源，並搭配快速響應的光電二極體、APD 或 SPAD 陣列，以產生深度資訊。
ToF 可支援光達（LiDAR）、自動緊急煞車、車艙內感測與駕駛監控系統（Driver Monitoring Systems, DMS）。在這些應用中，感測準確度會直接影響系統反應與道路安全。不過，ToF 效能也會受限於時序解析度（Timing Resolution）、多路徑干擾（Multipath Interference）、環境光雜訊，特別是日照干擾、目標反射率，以及人眼安全功率限制。在這些嚴苛環境中，光寶的價值不只是供應元件。其光學封裝、光束角控制、發光均勻性與高精度雷射封裝能力，有助於在振動、高溫與道路條件變化下維持穩定的光學通道。透過提升前端感測品質，光寶能協助 AI 輔助感知與決策系統取得更可靠的輸入資料。
紅外線感測可支援智慧門禁、AR 擴增實境裝置與空間運算，實現臉部驗證（Facial Authentication）、眼球追蹤（Eye Tracking）、接近偵測（Proximity Detection）與面向外界的深度建圖（World-Facing Depth Mapping）。這些系統需要小型化光學模組，同時在有限空間內讓多種波長與光源穩定運作。這正是光寶可見光與紅外線感測產品組合的價值所在。可見光支援面向人的感知，紅外線則支援面向機器的感知。透過封裝膠材設計、光學結構最佳化與封裝層級整合，光寶可協助降低串擾（Crosstalk），並支援小型多通道模組中的可靠感測表現。
穿戴式健康電子產品經常仰賴光學感測來監測心率與血氧飽和度。其中許多量測是以光體積變化描記圖法（Photoplethysmography, PPG）為基礎，透過量測反射光或穿透光的變化，偵測血液容積的微小變化。PPG 系統的工程挑戰在於，必須從遠大於生理訊號本身的 DC 背景中，擷取微弱的 AC 生物訊號（AC Biological Signal）。為了維持量測準確度，穿戴式裝置需要高訊雜比（SNR）、動作偽影抑制、環境光抑制與適當波長選擇。紅光與紅外線波長常被用來提升血氧與心率偵測靈敏度。光寶的薄型、超高亮度、低功耗 LED 封裝，適合小型化醫療照護與穿戴式應用。其材料與封裝專業也能支援光學穩定性、微型化與訊號一致性，協助穿戴式裝置設計者在不增加不必要功耗或運算負擔的前提下，提升感測可靠度。
在數位影像應用中，紅外線距離感測（IR Distance Sensing）可提供深度資訊，協助相機系統加速自動對焦（Autofocus），並改善景深估算（Depth-of-Field Estimation）。當拍攝主體快速移動或光線條件變化時，這項能力尤其實用。對小型化影像系統而言，光學一致性至關重要。光寶的光束角控制（Beam-Angle Control）、封裝精度（Packaging Precision）與材料層級光學調校（Material-Level Optical Tuning），可協助感測模組在有限裝置空間內提供穩定的距離資訊。
筆記型電腦、平板、顯示器與行動裝置越來越常採用低高度紅外線封裝（Low-Profile IR Package）進行接近感測。這些系統可偵測使用者是否在裝置附近，並自動調整喚醒行為、螢幕亮度或電源狀態。
光寶的小型化光學感測平台（Miniaturized Optical Sensing Platform）能將使用者互動與能源管理連結起來。透過提供穩定的前端感測資料，光寶紅外線發射器與偵測器可支援更智慧的系統反應、降低不必要的耗電，並提高小型消費性電子產品的設計彈性。
光電半導體（Optoelectronics）並不是一份由零件堆疊而成的型錄，而是一門結合材料、封裝、光學與系統整合的工程技術。在紅外線感測中，效能不只取決於發射器或偵測器本身，更取決於完整光學路徑如何被設計、組裝、校準，並在真實環境變化下受到保護。
光寶自行開發關鍵封裝膠材（Encapsulation Colloid），可同步最佳化折射行為（Refractive Behavior）、穿透損耗、角度分佈、熱穩定性與封裝間一致性等光學特性。這些材料層級的決策，會影響光束成形（Beam Shaping）、光萃取（Optical Extraction）、串擾控制（Crosstalk Control）與長期穩定性。
光寶的光學感測設計可支援窄光束角控制，例如，相較於較傳統架構約 10° 的設計，光寶可達 5° 光束角設計。在合適的模組幾何、工作距離、目標條件與校準設定下，可支援 3 mm 等級的定位精度（Positioning Accuracy）。這些數值應在明確定義的應用與測試條件下解讀，因為實際效能仍取決於光學配置、目標反射率、環境光、偵測器靈敏度與系統層級訊號處理。隨著客戶從離散式紅外線發射器（Discrete IR Emitter）轉向整合式紅外線感測解決方案（Integrated Infrared Sensing Solution），這項能力變得更加重要。整合式方案可在小型模組中結合發射器、接收器、濾光片、模造光學元件、校準支援與串擾抑制。相較於單純採購個別元件，整合式模組設計有助於降低對位風險、光學不匹配與系統調校負擔。
光寶也正將這項基礎能力延伸至下一世代封裝技術，包括預計在 2026 年底至 2027 年初左右導入量產的 2.5D 結構（2.5D Structures）。這類封裝方式可在縮小占板面積（Footprint）的同時，維持光學均勻性（Optical Uniformity）與長期穩定度，支援更高密度的穿戴式、AR、自動化與機器感知設計。從公開資訊來看，光寶推動的紅外線 LED 與 VCSEL 技術，涵蓋工業自動化、安防攝影機、生物辨識、消費性裝置、光電二極體、光電晶體與光遮斷器等應用。其製造基地也列示通過 ISO 9001、ISO 14001、QC080000、OHSAS 18000 與 IATF 16949 等品質認證，可支援客戶在品質、環境、安全與車用相關應用上的要求。
光寶的價值在於將材料科學、精密封裝、光學設計與系統整合能力，轉化為更可靠的開發路徑，協助客戶打造紅外線感測平台。
探索光寶紅外線發射器與偵測器（IR Emitters & Detectors）產品組合，為下一代工業或智慧裝置應用開發小型、穩定且高效能的紅外線感測系統。