적외선
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적외선(赤外線, Infrared; IR)은 가시광선의 붉은색 영역보다 파장이 긴 전자기파로, 일반적으로 약 780 nm부터 1 mm까지의 광학 복사를 가리킨다.
적외선은 전자기파 스펙트럼에서 가시광선과 마이크로파 사이에 위치한다. 국제조명위원회(CIE)는 적외선 복사(Infrared radiation)를 가시광선보다 긴 파장을 가진 광학 복사로 정의하며, 통상적으로 780 nm~1 mm 범위를 적외선으로 본다.[1]
다만 가시광선과 적외선의 경계가 물리적으로 780 nm에서 갑자기 끊어지는 것은 아니다. 매우 밝은 광원에서는 780 nm보다 긴 파장에도 시각 반응이 나타날 수 있기 때문에 CIE도 가시광선과 적외선 사이에 절대적으로 정확한 경계를 정할 수 없다고 설명한다.[1]
| 영역 | 대략적인 파장 |
|---|---|
| 자외선 | 100~400 nm |
| 가시광선 | 약 380~780 nm |
| 적외선 | 약 780 nm~1 mm |
| 마이크로파 | 약 1 mm 이상 |
적외선은 사람의 눈으로 직접 볼 수 없지만 물체가 방출하는 적외선 에너지는 열로 감지될 수 있다. 사람의 몸처럼 상온에 가까운 물체도 상당한 양의 복사를 적외선 영역에서 방출한다.[2]
적외선은 1800년 영국의 천문학자 윌리엄 허셜(William Herschel)이 발견하였다.
허셜은 프리즘으로 햇빛을 분광한 뒤 각 색 영역에 온도계를 놓아 온도를 측정했다. 청색에서 적색 쪽으로 갈수록 온도가 올라가는 것을 확인한 뒤, 가시적인 붉은색 영역 바깥에도 온도계를 놓아 보았다. 그곳에서 가시광선 영역보다 더 높은 온도 상승이 측정되면서 눈에 보이지 않는 복사가 존재한다는 사실을 확인하였다.[3]
'적외선'이라는 이름도 이러한 위치에서 유래한다. 영어 infrared의 infra는 '아래', '너머' 등을 뜻하며 가시광선의 붉은색보다 주파수가 낮은 영역이라는 의미이다.
CIE는 적외선을 IR-A, IR-B, IR-C로 구분한다.[1]
| 구분 | 파장 | 특징 |
|---|---|---|
| IR-A | 780~1,400 nm | 가시광선에 가장 가까운 적외선. 근적외선 영역의 상당 부분을 포함한다. |
| IR-B | 1.4~3 μm | 중간 파장 영역 |
| IR-C | 3 μm~1 mm | 열복사 측정에 널리 이용되는 중·원적외선 영역을 포함한다. |
광학·천문학·열화상·통신 등 분야에서는 이와 별도로 근적외선(Near Infrared; NIR), 중적외선(Mid Infrared; MIR), 원적외선(Far Infrared; FIR)이라는 구분도 많이 사용한다.
이 구분의 경계는 분야에 따라 서로 다르다. CIE도 근·중·원적외선의 경계는 응용 분야에 따라 달라질 수 있다고 명시한다.[1]
예를 들어 NASA의 천문학 용어 분류에서는 다음과 같이 설명한다.[4]
| 구분 | NASA 천문학 분류의 예 |
|---|---|
| 근적외선(NIR) | 약 0.78~2.5 μm |
| 중적외선(MIR) | 약 2.5~50 μm |
| 원적외선(FIR) | 약 50~1,000 μm |
따라서 '근적외선은 정확히 몇 nm까지'와 같이 분야를 지정하지 않고 하나의 경계를 절대적인 기준으로 사용하는 것은 적절하지 않다.
열화상 분야에서는 SWIR(Short-Wave Infrared), MWIR(Mid-Wave Infrared), LWIR(Long-Wave Infrared) 등의 구분도 자주 사용한다.[5]
적외선을 흔히 '열선'이라고 부르지만 적외선과 열은 같은 개념이 아니다.
적외선은 특정 파장 범위의 전자기 복사이고, 열은 물체의 내부 에너지 및 에너지 전달과 관련된 개념이다. 열은 전도, 대류, 복사 등의 방식으로 전달될 수 있으며 복사에 의한 열전달이 반드시 적외선으로만 이루어지는 것도 아니다.
다만 일상적인 온도의 물체가 방출하는 열복사의 상당 부분이 적외선 영역에 있기 때문에 적외선이 열과 밀접하게 연관되어 있다. NIST는 사람의 몸을 비롯한 실온 부근의 물체가 주로 적외선 영역에서 복사한다고 설명한다.[2]
물체의 온도가 높아질수록 방출되는 복사의 총 에너지가 증가하고 복사가 가장 강한 파장도 짧아진다. 온도가 충분히 높아지면 적외선뿐 아니라 가시광선도 강하게 방출하여 물체가 붉거나 하얗게 빛나게 된다.
따라서 다음과 같은 차이가 있다.
- 사람이나 실내 벽 : 눈으로 빛나는 모습은 보이지 않지만 적외선을 방출한다.
- 뜨겁게 달궈진 철 : 적외선을 강하게 방출하면서 가시광선의 붉은빛도 방출한다.
- 태양 : 적외선뿐 아니라 가시광선과 자외선도 매우 강하게 방출한다.
열화상(Thermal imaging)은 물체가 방출하는 적외선을 검출하여 온도 분포를 영상으로 표현하는 기술이다.
사람이나 동물처럼 가시광선을 스스로 방출하지 않는 물체도 체온 때문에 적외선을 방출하므로 적외선 카메라로 관찰할 수 있다.[3]
열화상 카메라는 일반 카메라처럼 물체에서 반사되는 가시광선을 촬영하는 것이 아니라 주로 물체에서 방출되는 적외선 복사를 측정한다. 따라서 완전히 어두운 환경에서도 온도 차이가 있으면 영상을 얻을 수 있다.
NASA는 지구 관측에서도 적외선을 이용해 지표와 해수면 온도, 산불, 용암 등 열원을 관측한다고 설명한다.[3]
열화상 카메라와 야간투시 장치는 같은 의미가 아니다.
| 방식 | 원리 | 특징 |
|---|---|---|
| 열화상 | 물체 자체가 방출하는 적외선 측정 | 별도의 조명이 없어도 작동 가능 |
| 영상증폭식 야간투시 | 매우 약한 가시광선·근적외선을 증폭 | 주변 광원이 어느 정도 필요 |
| 능동 적외선 방식 | 적외선 LED 등으로 대상을 비추고 반사된 적외선을 촬영 | 사람 눈에는 조명이 거의 보이지 않음 |
따라서 CCTV에서 흔히 말하는 '적외선 야간 촬영'은 반드시 열화상을 의미하지 않는다. 일반적인 야간 CCTV는 근적외선 LED로 대상을 비춘 뒤 카메라 센서가 반사된 근적외선을 촬영하는 방식이 많다.
TV·에어컨 등의 리모컨은 대표적인 적외선 응용 사례이다.
리모컨의 적외선 LED를 빠르게 점멸시키고 여기에 명령 코드를 실어 전송하면 기기의 적외선 수신기가 이를 감지해 동작한다. NASA는 일반적인 TV 리모컨에서 약 940 nm 부근의 근적외선을 사용하는 사례를 설명하고 있다.[3]
적외선 리모컨은 전파 방식과 달리 보통 다음과 같은 특징이 있다.
- 송신기와 수신기 사이에 비교적 직접적인 광경로가 필요하다.
- 벽을 통과하기 어렵다.
- 다른 방의 기기에 영향을 미칠 가능성이 낮다.
- LED와 수광소자만으로 저렴하게 구현할 수 있다.
- 눈에 보이지 않기 때문에 작동 여부를 육안으로 확인하기 어렵다.
일부 스마트폰 카메라나 디지털카메라는 근적외선에도 어느 정도 감도를 가지기 때문에 리모컨의 LED를 카메라로 보면 점멸하는 빛이 화면에 보이기도 한다.[3]
다만 카메라마다 적외선 차단 필터의 특성이 달라 모든 카메라에서 확인할 수 있는 것은 아니다.
근적외선 LED와 적외선 센서는 다양한 전자기기에서 사용된다.
- 근접 센서
- 물체 감지 센서
- 자동문
- 로봇의 장애물 감지
- 거리 측정
- 생체 인식
- 스마트폰의 얼굴 인식
- 심박수 및 혈중 산소 측정 장치
- 산업용 광센서
송신부에서 적외선을 방출하고 물체에서 반사되어 돌아오는 빛의 양이나 시간을 측정함으로써 물체의 존재나 거리를 추정할 수 있다.
일부 거리 센서와 3차원 인식 시스템에서는 적외선 레이저나 LED를 이용해 구조화된 패턴을 투사하거나 빛이 왕복하는 시간(Time of Flight; ToF)을 측정한다.
적외선은 데이터 통신에도 사용된다.
과거 휴대전화와 노트북 등에서는 IrDA(Infrared Data Association) 방식의 근거리 적외선 통신이 널리 사용되었다. 적외선 통신은 전파를 사용하지 않고 광선을 이용하므로 인접 공간 간 간섭을 제한하기 쉽지만, 장애물에 막히기 쉽고 통신 방향에 제약을 받는다는 단점이 있다.
보다 중요한 현대적 응용은 광섬유 케이블을 이용한 광통신이다.
통신용 광섬유에서는 근적외선 영역의 빛이 널리 사용된다. ITU-T G.652 단일모드 광섬유는 약 1,310 nm 영역을 중심으로 설계되었으며 1,550 nm 영역에서도 사용할 수 있다.[6]
대표적인 광통신 파장은 다음과 같다.
| 파장 | 주요 사용 예 |
|---|---|
| 약 850 nm | 다중모드 광섬유의 단거리 통신 |
| 약 1,310 nm | 단일모드 광섬유 통신 |
| 약 1,550 nm | 장거리·고용량 단일모드 광통신 |
즉 인터넷 백본과 데이터센터에서 사용하는 상당수의 광신호도 물리적으로는 사람의 눈에 보이지 않는 적외선이다.
여러 적외선 파장을 동시에 하나의 광섬유에 전송하는 기술이 WDM이다.
물질은 파장에 따라 특정한 적외선을 흡수하거나 방출한다.
특히 분자의 진동과 회전 상태는 적외선과 밀접하게 상호작용하기 때문에 물질이 어떤 파장의 적외선을 흡수하는지를 분석하면 분자의 구조와 성분을 파악할 수 있다.
이를 이용하는 것이 적외선 분광법(Infrared spectroscopy)이다.
NIST는 많은 일반적인 분자가 적외선을 흡수하거나 방출하므로 적외선 분광법이 화학, 대기과학, 재료과학 등에서 매우 중요한 분석법이라고 설명한다.[2]
대표적인 응용은 다음과 같다.
- 화학물질 식별
- 유기화합물 구조 분석
- 재료 분석
- 대기 중 기체 분석
- 오염물질 측정
- 의약품 분석
- 식품 성분 분석
분자마다 특정 파장에 고유한 흡수 패턴을 나타내기 때문에 적외선 스펙트럼을 일종의 '분자 지문'처럼 사용할 수 있다.
적외선은 천문학에서도 중요한 관측 수단이다.
가시광선보다 파장이 길기 때문에 성간 먼지에 의한 산란의 영향을 상대적으로 덜 받아 가시광선으로 보기 어려운 먼지 구름 내부를 관측할 수 있다.[7]
또한 온도가 비교적 낮아 가시광선을 많이 방출하지 않는 천체도 적외선에서는 밝게 관측될 수 있다.
적외선 천문학의 주요 관측 대상은 다음과 같다.
- 별이 형성되는 성간 먼지 구름
- 원시별
- 갈색왜성
- 행성
- 차가운 성간 물질
- 먼지에 가려진 은하 중심부
- 먼 우주의 은하
우주가 팽창하면서 먼 천체에서 방출된 빛의 파장이 길어지는 적색편이가 발생한다. 초기 우주에서 방출된 가시광선이나 자외선이 현재에는 적외선 영역까지 이동해 관측되는 경우가 있기 때문에 초기 은하 연구에서도 적외선 관측이 중요하다.[7]
제임스 웹 우주망원경은 이러한 이유로 주로 근적외선과 중적외선 영역을 관측하도록 설계되었다.[8]
지구 대기의 수증기 등은 적외선의 상당 부분을 흡수하기 때문에 모든 적외선 영역을 지상 망원경으로 관측할 수 있는 것은 아니다. 일부 파장은 높은 산이나 항공기에서 관측하며, 대기의 영향을 피하려면 우주망원경을 사용한다.[4]
사람의 눈에 잘 보이지 않는다는 특성 때문에 적외선은 보안 장비에도 널리 사용된다.
- 야간 CCTV
- 침입 감지 센서
- 적외선 차단선
- 열화상 감시장비
- 군사용 야시장비
- 화재 탐지
- 국경·시설 감시
열화상 장비는 연기나 어두운 환경에서도 가시광 카메라와 다른 정보를 제공할 수 있으므로 소방, 구조, 설비 점검에도 활용된다.
전기 설비에서는 접촉 불량이나 과부하가 발생한 부품이 주변보다 높은 온도를 나타낼 수 있어 열화상 카메라를 이용한 비접촉 점검이 가능하다.
사람은 적외선을 볼 수 없으므로 열화상 사진의 빨강·노랑·파랑 등의 색은 실제 적외선의 색이 아니다.
카메라가 측정한 복사 강도나 계산된 온도 값을 사람이 구별하기 쉽도록 임의의 색에 대응시킨 의사색상(False color)이다.
따라서 열화상에서 빨간색으로 표시된 물체가 실제로 빨간 빛을 내고 있다는 의미는 아니다. 같은 적외선 데이터라도 소프트웨어에서 선택한 색상표에 따라 흑백, 흰색-고온, 검은색-고온, 무지개 색 등으로 다르게 표현할 수 있다.
천문학의 적외선 사진 역시 사람의 눈으로 직접 본 색이 아니라 서로 다른 적외선 파장대를 가시광선 색에 대응해 표현한 경우가 많다.[7]
물질의 적외선 투과율은 가시광선에서의 투명도와 다를 수 있다.
예를 들어 가시광선에서 투명해 보이는 일반적인 유리가 특정 중·장파 적외선에서는 강하게 흡수될 수 있다. 반대로 가시광선에서는 불투명한 재료가 특정 적외선 영역을 통과시키는 경우도 있다.
따라서 열화상 카메라의 렌즈에는 일반 카메라와 다른 광학 재료가 사용될 수 있으며, 측정 대상 앞에 놓인 창이나 보호판의 재료도 사용 파장대에 맞게 선택해야 한다.
또한 열화상 측정값은 단순히 물체의 온도만으로 결정되지 않는다. 물체 표면의 방사율(Emissivity), 주변 물체에서 반사된 복사, 대기의 흡수 등도 영향을 준다.
특히 금속처럼 반사율이 높은 표면은 주변의 적외선을 강하게 반사할 수 있으므로 열화상 영상에서 밝게 보이는 부분을 그대로 물체 자체의 고온으로 해석해서는 안 된다.
일상적인 수준의 적외선은 주변 환경에서 지속적으로 존재하지만 강한 적외선 광원에 과도하게 노출되면 피부와 눈에 열 손상을 일으킬 수 있다.
국제비전리방사선보호위원회(ICNIRP)는 적외선 노출에서 주요 보호 대상이 피부와 눈이며, 높은 수준의 적외선은 열 손상을 일으킬 수 있다고 설명한다.[9]
특히 강력한 적외선 레이저는 눈에 보이지 않아 눈부심이나 회피 반응이 나타나지 않은 상태에서 눈에 위험한 수준의 에너지가 들어갈 수 있다.
따라서 고출력 적외선 레이저나 산업용 적외선 광원을 다룰 때에는 해당 파장을 차단할 수 있는 보호안경과 차폐장치를 사용해야 한다.[9]
일반 리모컨이나 통신용 적외선 LED와 산업용 고출력 적외선 레이저는 출력 수준이 크게 다르므로 '적외선'이라는 이유만으로 위험성을 동일하게 평가해서는 안 된다.
- ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 International Commission on Illumination, infrared radiation (CIE e-ILV 17-21-004), https://cie.co.at/eilvterm/17-21-004 , 확인일: 2026-10-05
- ↑ 2.0 2.1 2.2 National Institute of Standards and Technology, Spectroscopy: A Measurement Powerhouse, https://www.nist.gov/spectroscopy/what-spectroscopy , 확인일: 2026-10-05
- ↑ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 NASA Science, Infrared Waves, https://science.nasa.gov/ems/07_infraredwaves/ , 확인일: 2026-10-05
- ↑ 4.0 4.1 NASA Science, Universe Glossary - infrared, https://science.nasa.gov/universe/glossary/ , 확인일: 2026-10-05
- ↑ International Organization for Standardization, ISO/DIS 10878 — Non-destructive testing — Infrared thermography — Vocabulary, https://www.iso.org/obp/ui#!iso:std:iso:10878:dis:ed-2:v1:en , 확인일: 2026-10-05
- ↑ International Telecommunication Union, ITU-T G.652 (08/2024) — Characteristics of a single-mode optical fibre and cable, https://www.itu.int/ITU-T/recommendations/rec.aspx?rec=16060 , 확인일: 2026-10-05
- ↑ 7.0 7.1 7.2 NASA Science, Infrared Astronomy, https://science.nasa.gov/mission/webb/science-overview/science-explainers/infrared-astronomy/ , 확인일: 2026-10-05
- ↑ NASA Science, Webb FAQs, https://science.nasa.gov/mission/webb/faqs-full/ , 확인일: 2026-10-05
- ↑ 9.0 9.1 International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, Infrared (780 nm–1 mm), https://www.icnirp.org/en/frequencies/infrared/index.html , 확인일: 2026-10-05