雨センサー

雨センサー（あめセンサー）は、降雨作動式のスイッチング装置である。灌漑システムで使われる雨量センサーと自動車の雨滴感知オートワイパーで使われる降雨センサーがあるが、本項では後者について述べる。

車のフロントガラス上の雨センサー

自動車用センサー

 

1955年式シボレー・ベル・エアー・コンバーチブルに搭載されたゼネラルモーターズの自動雨センサー。

1958年、ゼネラルモーターズのキャデラック部門は、雨が降り始めた時に(キャデラック・エルドラド)（英語版）のコンバーチブルトップを閉じたり、開いた窓を上げたりするための様々な電気モーターを指導させる水感知スイッチを実験した。こういった装置で初めて登場したのは1950年から1951年頃に作られたコンセプトカーの(ル・サブル)（英語版）であった。

コンバーチブルトップのためのゼネラルモーターズの自動雨センサーは、シボレー・ベル・エアーといった車で1950年代にディーラーオプションとして利用可能であった^[1]。

1996年モデルで、キャデラックはワイパー用の自動雨センサーを搭載した。

雨センサーの物理学

 

光学式雨センサーの動作を示す図

現代の最も一般的な雨センサーは全反射の原理に基づいている。常に、車内から赤外光がフロントガラスに対して45度の角度で照射される。ガラスが乾いていれば、全反射の臨界角は42度前後である。この値は以下の全反射の式を使って得られる。

${\displaystyle \sin(\theta _{\text{c}})={\frac {n_{1}}{n_{2}}}}$ 

上式において、${\displaystyle n_{1}=1}$ は赤外光に対する空気の屈折率の近似値^[2]、${\displaystyle n_{2}=1.5}$ は赤外光に対するガラスの屈折率の近似値である^[3]。この場合、赤外光の入射角が45度であるため、全ての光は反射され、検出器は最大強度を受け取る。

ガラスが濡れていれば、水の屈折率 (${\displaystyle n_{1}=1.3}$ ) が空気よりも高いため、臨界角は60度前後に変化する^[4]。この場合、入射角が45度であるため、全反射が得られない。光線の一部はガラスを通して伝わり、反射によって観測される光強度はより小さくなる。これによってシステムは水を検知し、ワイパーを作動させる。

出典

1. ^ “1957 CHEVROLET BEL AIR CONVERTIBLE”. 2019年6月30日閲覧。
2. ^ “Refractive index of Air - Ciddor”. 2023年4月15日閲覧。
3. ^ Smith, D. Y.; Karstens, W. (2010). “Refractive index of glass and its dispersion for visible light”. Journal of Physics: Conference Series 249 (1): 012034. Bibcode: 2010JPhCS.249a2034S. doi:10.1088/1742-6596/249/1/012034. 
4. ^ “Refractive index”. 2023年4月15日閲覧。