(57)【要約】【課題】コイルの内側にコイルを支持する部材を設けなくても、ガスセルを収納するパッケージの内周面にコイルを簡単かつ確実に密着させることができるガスセルユニットおよび原子発振器を提供すること、また、かかる原子発振器を備え、信頼性に優れた電子機器を提供すること。【解決手段】本発明のガスセルユニット（第２ユニット３）は、ガス状の金属原子が封入されるガスセル３１と、ガスセル３１を囲んで設けられたコイル３５と、ガスセル３１およびコイル３５を収納するパッケージ（第２パッケージ３６）とを備え、コイル３５は、フレキシブル配線基板の配線パターンで構成され、そのフレキシブル配線基板は、パッケージ内で筒状に丸められており、フレキシブル配線基板の弾性力によりパッケージの内壁面に押し付けられている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス状の金属原子が封入されるガスセルと、
前記ガスセルを囲んで設けられており、フレキシブル配線基板の配線パターンで構成されているコイルと、
前記ガスセルおよび前記コイルを収納するパッケージと、を備え、
前記フレキシブル配線基板は、前記パッケージ内で筒状に丸められており、前記フレキシブル基板の弾性力により前記パッケージの内壁面に押し付けられていることを特徴とするガスセルユニット。
【請求項２】
前記パッケージの内壁面は、円筒状をなす請求項１に記載のガスセルユニット。
【請求項３】
前記パッケージは、磁性材料で構成されている請求項１または２に記載のガスセルユニット。
【請求項４】
前記磁性材料は、軟磁性材料である請求項３に記載のガスセルユニット。
【請求項５】
前記パッケージ内に収納され、前記ガスセルが設置される基板をさらに備え、
前記基板は、リジット基板であり、前記フレキシブル配線基板と一体で形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のガスセルユニット。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のガスセルユニットと、
前記ガスセル内の前記ガス状の金属原子を励起する励起光を出射する発光素子と、
前記パッケージ内に収納され、前記ガスセルを透過した前記励起光を検出する受光素子とを備えることを特徴とする原子発振器。
【請求項７】
前記発光素子は、前記パッケージ外に配置され、
前記パッケージは、前記発光素子からの前記励起光を透過する窓部を有する請求項６に記載の原子発振器。
【請求項８】
請求項６または７に記載の原子発振器を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセルユニット、原子発振器および電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属の原子のエネルギー遷移に基づいて発振する原子発振器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような原子発振器は、一般に、アルカリ金属を緩衝ガスとともに封入したガスセルと、ガスセル内のアルカリ金属を励起する励起光を出射する発光素子と、ガスセルを透過した励起光を検出する受光素子とを備える。
【０００３】
従来、このような原子発振器では、例えば、特許文献１に記載されているように、ガスセルの周囲にコイルを配置し、このコイルにより定常磁場を発生させることにより、ガスセル内のアルカリ金属原子の縮退した複数のエネルギー準位を分裂（ゼーマン分裂）させることが行われる。ここで、分裂した複数のエネルギー準位のうち磁場の強度変化の影響を最も受けにくい磁気量子数が０のエネルギー準位のみが選択されるよう制御し、磁場の強度変化の影響を極力軽減している。一方、ガスセル内において気化したアルカリ金属原子は空間的な広がりを持って分布している。この空間的な広がりを持ったアルカリ金属原子に対しては磁場強度の分布が均一な磁場を与えることが望ましい。その理由は、磁場強度が不均一な領域が存在すると、その領域に存在するアルカリ金属原子が磁場強度の変化の影響を受け、原子発振器の出力信号の周波数精度に影響するからである。このように、磁場強度の分布の不均一性は原子発振器の周波数精度に影響する。
【０００４】
そこで、磁場強度の分布を均一にするために、定常磁場を発生するコイルは、安定した発振特性をもたらすために、ガスセルを収納する高透磁率のパッケージの内壁面に可能な限り密着した状態で配置することが必要となる。その理由は、コイルとパッケージの内壁面との隙間が大きくなるとコイルの端部付近における磁場の強度が均一とならず、アルカリ金属原子全体に均一な磁界を与えることができないからである。
しかし、従来の原子発振器では、コイルをパッケージの内周面に十分に密着させることができないという問題があった。
【０００５】
具体的に説明すると、例えば、従来では、以下のような２つの方法によりコイルをパッケージ内に収納していた。
第１の方法では、パッケージの内径よりもコイルの厚さ分だけ小さい外径の中空の心材を用意し、かかる心材の外周にコイルを設置した後、心材およびコイルをパッケージ内に挿入する。かかる方法では、心材の寸法精度のバラツキによって、コイルをパッケージの内周面に密着させることができない。また、心材を必要とするため、コイルの内側に配置する部材の設計自由度が低下してしまう。
第２の方法では、パッケージの内径に合わせた外径のコイルを接着剤で固めて形成し、そのコイルをパッケージ内に挿入する。かかる方法では、コイルの寸法精度のバラツキによって、コイルをパッケージの内周面に密着させることができない。また、コイルを接着剤で固めるという手間がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６３２０４７２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ガスセルを収納するパッケージの内周面にコイルを確実に密着させることができるガスセルユニットおよび原子発振器を提供すること、また、かかる原子発振器を備え、信頼性に優れた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明のガスセルユニットは、ガス状の金属原子が封入されるガスセルと、
前記ガスセルを囲んで設けられており、フレキシブル配線基板の配線パターンで構成されているコイルと、
前記ガスセルおよび前記コイルを収納するパッケージと、を備え、
前記フレキシブル配線基板は、前記パッケージ内で筒状に丸められており、前記フレキシブル基板の弾性力により前記パッケージの内壁面に押し付けられていることを特徴とする。
【０００９】
このように構成されたガスセルユニットによれば、ガスセルユニットの製造時にコイルをパッケージ内に設置する際、筒状に丸められたフレキシブル配線基板の復元力または弾性力により、コイルをパッケージの内壁面に密着させることができる。そのため、比較的簡単かつ確実に、コイルをパッケージの内壁面に密着させることができる。また、コイルの内側にコイルを支持する部材を設ける必要がないので、コイルの内側に配置する部材の設計自由度を高めることができる。
【００１０】
［適用例２］
本発明のガスセルユニットでは、前記パッケージの内壁面は、円筒状をなすことが好ましい。
これにより、簡単かつ確実に、コイルをパッケージの内壁面に広範囲に密着させることができる。
【００１１】
［適用例３］
本発明のガスセルユニットでは、前記パッケージは、磁性材料で構成されていることが好ましい。
これにより、コイルで発生した磁界を効率的にガスセルに導くことができる。
［適用例４］
本発明のガスセルユニットでは、前記磁性材料は、軟磁性材料であることが好ましい。
これにより、コイルで発生した磁界をより効率的にガスセルに導くことができる。
【００１２】
［適用例５］
本発明のガスセルユニットでは、前記パッケージ内に収納され、前記ガスセルが設置される基板をさらに備え、
前記基板は、リジット基板であり、前記フレキシブル配線基板と一体で形成されていることが好ましい。
これにより、コイルを形成するためのフレキシブル配線基板と、ガスセルを設置するための基板とを同時に形成することができる。また、ガスセルユニットを組み立てる際に、これらの基板を接続する手間を省くことができる。また、これらの接続信頼性を向上させることができる。
【００１３】
［適用例６］
本発明の原子発振器は、本発明のガスセルユニットと、
前記ガスセル内の前記ガス状の金属原子を励起する励起光を出射する発光素子と、
前記パッケージ内に収納され、前記ガスセルを透過した前記励起光を検出する受光素子とを備えることを特徴とする。
これにより、優れた発振特性を有する原子発振器を提供することができる。
【００１４】
［適用例７］
本発明の原子発振器では、前記発光素子は、前記パッケージ外に配置され、
前記パッケージは、前記発光素子からの前記励起光を透過する窓部を有することが好ましい。
これにより、ガスセルと発光素子との間の熱干渉を防止することができる。その結果、原子発振器の発振特性を高めることができる。
［適用例８］
本発明の電子機器は、本発明の原子発振器を備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る原子発振器を示す斜視図である。
【図２】図１に示す原子発振器の概略構成を示す模式図である。
【図３】図１に示す原子発振器に備えられたガスセル内のアルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図である。
【図４】図１に示す原子発振器に備えられた発光素子および受光素子について、発光素子からの２つの光の周波数差と、受光素子での検出強度との関係を示すグラフである。
【図５】図１に示す原子発振器の縦断面図である。
【図６】図１に示す原子発振器のガスセルユニットの縦断面図である。
【図７】図１に示す原子発振器のガスセルユニットの横断面図である。
【図８】図６および図７に示すコイル（フレキシブル配線基板）を展開した状態を示す図である。
【図９】図８に示すコイル（フレキシブル配線基板）を説明するための図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るガスセルユニットを示す横断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るガスセルユニットを示す縦断面図である。
【図１２】ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明の電子機器を用いた場合の概略構成を示す図である。
【図１３】本発明の原子発振器を用いたクロック伝送システムの一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の原子発振器および電子機器を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る原子発振器を示す斜視図、図２は、図１に示す原子発振器の概略構成を示す模式図、図３は、図１に示す原子発振器に備えられたガスセル内のアルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図、図４は、図１に示す原子発振器に備えられた発光素子および受光素子について、発光素子からの２つの光の周波数差と、受光素子での検出強度との関係を示すグラフ、図５は、図１に示す原子発振器の縦断面図、図６は、図１に示す原子発振器のガスセルユニットの縦断面図、図７は、図１に示す原子発振器のガスセルユニットの横断面図、図８は、図６および図７に示すコイル（フレキシブル配線基板）を展開した状態を示す図、図９は、図８に示すコイル（フレキシブル配線基板）を説明するための図である。
【００１７】
なお、図１、５、６では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、その図示された各矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」とする。また、以下では、説明の便宜上、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」といい、また、＋Ｚ方向側（図５の上側）を「上」、−Ｚ方向側（図５の下側）を「下」という。
【００１８】
図１に示す原子発振器１は、量子干渉効果を利用した原子発振器である。
この原子発振器１は、図１に示すように、第１ユニット２と、第２ユニット３（ガスセルユニット）と、光学部品４１、４２、４３と、これらを保持する保持部材５とを備える。
ここで、図１、２に示すように、第１ユニット２は、発光素子２１と、発光素子２１を収納する第１パッケージ２２とを備える。
【００１９】
また、第２ユニット３は、ガスセル３１と、受光素子３２と、ヒーター３３と、温度センサー３４と、コイル３５と、これらを収納する第２パッケージ３６とを備える。
そして、このような第１ユニット２および第２ユニット３は、制御部６により駆動制御される。
まず、原子発振器１の原理を簡単に説明する。
【００２０】
原子発振器１では、ガスセル３１内に、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属（金属原子）が封入されている。
アルカリ金属は、図３に示すように、３準位系のエネルギー準位を有しており、エネルギー準位の異なる２つの基底状態（基底状態１、２）と、励起状態との３つの状態をとり得る。ここで、基底状態１は、基底状態２よりも低いエネルギー状態である。
【００２１】
このようなガス状のアルカリ金属に対して周波数の異なる２種の共鳴光１、２を前述したようなガス状のアルカリ金属に照射すると、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）に応じて、共鳴光１、２のアルカリ金属における光吸収率（光透過率）が変化する。
そして、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態１と基底状態２とのエネルギー差に相当する周波数に一致したとき、基底状態１、２から励起状態への励起がそれぞれ停止する。このとき、共鳴光１、２は、いずれも、アルカリ金属に吸収されずに透過する。このような現象をＣＰＴ現象または電磁誘起透明化現象（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）と呼ぶ。
発光素子２１は、ガスセル３１に向けて、前述したような周波数の異なる２種の光（共鳴光１および共鳴光２）を出射する。
【００２２】
例えば、発光素子２１が共鳴光１の周波数ω１を固定し、共鳴光２の周波数ω２を変化させていくと、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態１と基底状態２とのエネルギー差に相当する周波数ω０に一致したとき、受光素子３２の検出強度は、図４に示すように、急峻に上昇する。このような急峻な信号をＥＩＴ信号として検出する。このＥＩＴ信号は、アルカリ金属の種類によって決まった固有値をもっている。したがって、このようなＥＩＴ信号を用いることにより、発振器を構成することができる。
【００２３】
以下、原子発振器１の各部を順次詳細に説明する。
（第１ユニット）
前述したように、第１ユニット２は、発光素子２１と、発光素子２１を収納する第１パッケージ２２とを備える。
［発光素子］
発光素子２１は、ガスセル３１中のアルカリ金属原子を励起する励起光を出射する機能を有する。
【００２４】
より具体的には、発光素子２１は、前述したような周波数の異なる２種の光（共鳴光１および共鳴光２）を出射するものである。
共鳴光１の周波数ω１は、ガスセル３１中のアルカリ金属を前述した基底状態１から励起状態に励起し得るものである。
また、共鳴光２の周波数ω２は、ガスセル３１中のアルカリ金属を前述した基底状態２から励起状態に励起し得るものである。
【００２５】
この発光素子２１としては、前述したような励起光を出射し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）等の半導体レーザー等を用いることができる。
また、このような発光素子２１は、図示しない温度調節素子（発熱抵抗体、ペルチェ素子等）により、後述するガスセル３１とは異なる温度、例えば、３０℃程度に温度調節される。
【００２６】
［第１パッケージ］
第１パッケージ２２は、前述した発光素子２１を収納する。
この第１パッケージ２２は、図５に示すように、基体２２１（第１基体）と、蓋体２２２（第１蓋体）とを備える。
基体２２１は、発光素子２１を直接的または間接的に支持する。本実施形態では、基体２２１は、板状をなし、平面視で円形をなしている。
【００２７】
そして、この基体２２１の一方の面（実装面）には、発光素子２１（実装部品）が設置（実装）される。また、基体２２１の他方の面には、図５に示すように、複数のリード２２３が突出している。この複数のリード２２３は、図示しない配線を介して発光素子２１に電気的に接続されている。
このような基体２２１には、基体２２１上の発光素子２１を覆う蓋体２２２が接合されている。
【００２８】
蓋体２２２は、一端部が開口した有底筒状をなしている。本実施形態では、蓋体２２２の筒状部は、円筒状をなす。
この蓋体２２２の一端部の開口は、前述した基体２２１により塞がれている。
そして、蓋体２２２の他端部、すなわち蓋体２２２の開口とは反対側の底部には、窓部２３が設けられている。
【００２９】
この窓部２３は、ガスセル３１と発光素子２１との間の光軸ａ上に設けられている。
そして、窓部２３は、前述した励起光に対して透過性を有する。
本実施形態では、窓部２３は、レンズで構成されている。これにより、励起光ＬＬを無駄なくガスセル３１へ照射することができる。
また、窓部２３は、励起光ＬＬを平行光とする機能を有する。これにより、励起光ＬＬがガスセル３１の内壁で反射するのを簡単かつ確実に防止することができる。そのため、ガスセル３１内での励起光の共鳴を好適に生じさせ、その結果、原子発振器１の発振特性を高めることができる。
【００３０】
なお、窓部２３は、励起光に対する透過性を有するものであれば、レンズに限定されず、例えば、レンズ以外の光学部品であってもよいし、単なる光透過性の板状部材であってもよい。また、前述したような機能を有するレンズは、後述する光学部品４１、４２、４３と同様、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６との間に設けられていてもよい。
このような蓋体２２２の窓部２３以外の部分の構成材料としては、特に限定されず、例えば、セラミックス、金属、樹脂等を用いることができる。
【００３１】
ここで、蓋体２２２の窓部２３以外の部分が励起光に対して透過性を有する材料で構成されている場合、蓋体２２２の窓部２３以外の部分と窓部２３と一体的に形成することができる。また、蓋体２２２の窓部２３以外の部分が励起光に対して透過性を有しない材料で構成されている場合、蓋体２２２の窓部２３以外の部分と窓部２３とを別体で形成し、これらを公知の接合方法により接合すればよい。
【００３２】
また、基体２２１と蓋体２２２とは気密的に接合されているのが好ましい。すなわち、第１パッケージ２２内が気密空間であることが好ましい。これにより、第１パッケージ２２内を減圧状態または不活性ガス封入状態とすることができ、その結果、原子発振器１の特性を向上させることができる。
また、基体２２１と蓋体２２２との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、ろう接、シーム溶接、エネルギー線溶接（レーザー溶接、電子線溶接等）等を用いることができる。
なお、基体２２１と蓋体２２２との間には、これらを接合するための接合部材が介在していてもよい。
【００３３】
また、第１パッケージ２２内には、前述した発光素子２１以外の部品が収納されていてもよい。
例えば、第１パッケージ２２内には、発光素子２１の温度を調節する温度調節素子や温度センサー等が収納されていてもよい。かかる温度調節素子としては、例えば、発熱抵抗体（ヒーター）、ペルチェ素子等が挙げられる。
このような基体２２１および蓋体２２２を有して構成された第１パッケージ２２によれば、発光素子２１から第１パッケージ２２外への励起光の出射を許容しつつ、発光素子２１を第１パッケージ２２内に収納することができる。
【００３４】
また、発光素子２１が後述する第２パッケージ３６外に配置されるため、ガスセル３１と発光素子２１との間の熱干渉を防止することができる。その結果、原子発振器１の発振特性を高めることができる。
また、第１パッケージ２２は、基体２２１が第２パッケージ３６とは反対側に配置されるように、後述する保持部材５に保持されている。
【００３５】
（第２ユニット）
前述したように、第２ユニット３は、ガスセル３１と、受光素子３２と、ヒーター３３と、温度センサー３４と、コイル３５と、これらを収納する第２パッケージ３６とを備える。なお、図６では、温度センサー３４の図示を省略している。
【００３６】
［ガスセル］
ガスセル３１内には、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属が封入されている。
図６に示すように、ガスセル３１は、柱状の貫通孔を有する本体部３１１と、その貫通孔の両開口を封鎖する１対の窓部３１２、３１３とを有する。これにより、前述したようなアルカリ金属が封入される内部空間Ｓが形成される。
【００３７】
ここで、ガスセル３１の各窓部３１２、３１３は、前述した発光素子２１からの励起光に対する透過性を有している。そして、一方の窓部３１３は、ガスセル３１内へ入射する励起光が透過するものであり、他方の窓部３１２は、ガスセル３１内から出射した励起光が透過するものである。
したがって、ガスセル３１の窓部３１２、３１３を構成する材料としては、前述したような励起光に対する透過性を有していれば、特に限定されないが、例えば、ガラス材料、水晶等が挙げられる。
【００３８】
また、ガスセル３１の本体部３１１を構成する材料は、特に限定されず、金属材料、樹脂材料等であってもよく、窓部３１２、３１３と同様にガラス材料、水晶等であってもよい。
そして、各窓部３１２、３１３は、本体部３１１に対して気密的に接合されている。これにより、ガスセル３１の内部空間Ｓを気密空間とすることができる。
【００３９】
ガスセル３１の本体部３１１と窓部３１２、３１３との接合方法としては、これらの構成材料に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、接着剤による接合方法、直接接合法、陽極接合法等を用いることができる。
また、このようなガスセル３１は、ヒーター３３により、前述した発光素子２１とは異なる温度、例えば、７０℃程度に温度調節される。
【００４０】
［受光素子］
受光素子３２は、ガスセル３１内を透過した励起光ＬＬ（共鳴光１、２）の強度を検出する機能を有する。
この受光素子３２としては、上述したような励起光を検出し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、太陽電池、フォトダイオード等の光検出器（受光素子）を用いることができる。
【００４１】
［ヒーター］
ヒーター３３は、前述したガスセル３１（より具体的にはガスセル３１中のアルカリ金属）を加熱する機能を有する。これにより、ガスセル３１中のアルカリ金属をガス状に維持することができる。
このヒーター３３は、通電により発熱するものであり、図６に示すように、ガスセル３１の外表面上に設けられた発熱抵抗体３３１、３３２で構成されている。このような発熱抵抗体３３１、３３２は、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着等の乾式メッキ法、ゾル・ゲル法等を用いて形成される。
【００４２】
ここで、発熱抵抗体３３１は、ガスセル３１の窓部３１２上に設けられ、発熱抵抗体３３２は、ガスセル３１の窓部３１３上に設けられている。すなわち、発熱抵抗体３３１、３３２は、ガスセル３１の励起光の入射部または出射部に設けられている。
かかる発熱抵抗体３３１、３３２は、励起光に対する透過性を有する材料、具体的には、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、Ｉｎ３Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｓｂ含有ＳｎＯ２、Ａｌ含有ＺｎＯ等の酸化物等の透明電極材料で構成される。
【００４３】
なお、ヒーター３３は、ガスセル３１を加熱することができるものであれば、特に限定されず、ガスセル３１に対して非接触であってもよい。また、ヒーター３３に代えて、または、ヒーター３３と併用して、ペルチェ素子を用いて、ガスセル３１を加熱してもよい。
このようなヒーター３３は、後述する制御部６の温度制御部６２に電気的に接続され、通電される。
【００４４】
［温度センサー］
温度センサー３４は、ヒーター３３またはガスセル３１の温度を検出するものである。そして、この温度センサー３４の検出結果に基づいて、前述したヒーター３３の発熱量が制御される。これにより、ガスセル３１内のアルカリ金属原子を所望の温度に維持することができる。
なお、温度センサー３４の設置位置は、特に限定されず、例えば、ヒーター３３上であってもよいし、ガスセル３１の外表面上であってもよい。
温度センサー３４としては、それぞれ、特に限定されず、サーミスタ、熱電対等の公知の各種温度センサーを用いることができる。
このような温度センサー３４は、図示しない配線を介して、後述する制御部６の温度制御部６２に電気的に接続されている。
【００４５】
［コイル］
コイル３５は、通電により、磁場を発生させる機能を有する。これにより、ガスセル３１中のアルカリ金属に磁場を印加することにより、ゼーマン分裂により、アルカリ金属の縮退している異なるエネルギー準位間のギャップを拡げて、分解能を向上させることができる。その結果、原子発振器１の発振周波数の精度を高めることができる。
【００４６】
なお、コイル３５が発生する磁場は、直流磁場または交流磁場のいずれかの磁場であってもよいし、直流磁場と交流磁場とを重畳させた磁場であってもよい。
このコイル３５は、ガスセル３１を囲んで設けられている。
また、コイル３５は、筒状に丸められたフレキシブル配線基板の配線パターンで構成されている。
【００４７】
そして、かかるフレキシブル配線基板は、後述する第２パッケージ３６内で筒状に丸められて弾性変形した状態で、その復元力または弾性力により第２パッケージ３６の内壁面に密着している。
これにより、第２ユニット３の製造時にコイル３５を第２パッケージ３６内に設置する際、筒状に丸められたフレキシブル配線基板の復元力または弾性力により、コイル３５を第２パッケージ３６の内壁面に密着させる（押し付ける）ことができる。そのため、比較的簡単かつ確実に、コイル３５を第２パッケージ３６の内壁面に密着させることができる。また、コイル３５の内側にコイル３５を支持する部材を設ける必要がないので、コイル３５の内側に配置する部材（例えばガスセル３１）の設計自由度を高めることができる。
【００４８】
コイル３５の形成方法を具体的に説明すると、まず、図８に示すようなフレキシブル配線基板７を用意する。
このフレキシブル配線基板７は、絶縁体層３５１と、絶縁体層３５１上に形成された複数の配線３５２（配線パターン）とを有する。
絶縁体層３５１は、長方形または帯状をなしている。すなわち、コイル３５を形成するためのフレキシブル配線基板７は、元の形状に展開したとき、平面視形状が長方形をなす。
【００４９】
複数の配線３５２は、それぞれ、絶縁体層３５１の長手方向（すなわち、元の形状に展開したフレキシブル配線基板７の長手方向）に沿って延びている。また、複数の配線３５２は、互いに平行となるように配置されている。これにより、フレキシブル配線基板７を丸めるだけで簡単に、コイル３５を形成することができる。
本実施形態では、各配線３５２は、絶縁体層３５１の長辺（長手方向に延びる辺）に対して若干傾斜する方向に延在している。これにより、フレキシブル配線基板７を筒状に丸めることにより、複数の配線３５２の一端部と他端部とが１つずつずれた状態で接続され、コイル３５を形成することができる。
また、フレキシブル配線基板７は、ガスセル３１、受光素子３２およびヒーター３３が設置される基板３８に接続する接続部３８１を有する。
この基板３８は、フレキシブル配線基板７とともに第２パッケージ３６内に収納される。
【００５０】
また、基板３８は、リジット基板であり、フレキシブル配線基板７と一体で形成されている。すなわち、フレキシブル配線基板７および基板３８は、フレキシブル配線基板７をフレキシブル部とし、基板３８をリジット部とするリジットフレキシブル配線基板で構成されている。
これにより、コイル３５を形成するためのフレキシブル配線基板７と、ガスセル３１を設置するための基板３８とを同時に形成することができる。また、第２ユニット３を組み立てる際に、これらの基板を接続する手間を省くことができる。また、これらの接続信頼性を向上させることができる。
【００５１】
次に、絶縁体層３５１の長手方向での両端部を重ね合せることにより、図９に示すように、フレキシブル配線基板７を丸めて筒状とする。
その後、筒状のフレキシブル配線基板７を後述する第２パッケージ３６内に挿入し、フレキシブル配線基板７が元の形状に戻ろうとする復元力により、フレキシブル配線基板７を第２パッケージ３６の内壁面に密着させる。
【００５２】
このとき、必要に応じて、治具、エアーの吹付等を用いて、第２パッケージ３６の内壁面に対するフレキシブル配線基板７の密着度を高めてもよい。
そして、第２パッケージ３６の内壁面に対してフレキシブル配線基板７が密着した状態で、絶縁体層３５１の長手方向での一端部と他端部とを互いに固定するとともに、複数の配線３５２の一端部と他端部とを１つずつずれた状態で電気的に接続する。これにより、コイル３５が形成される。
かかる絶縁体層３５１の固定および配線３５２の接続は、特に限定されないが、例えば、半田、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）、異方性導電ペースト（ＡＣＰ）等を用いて行うことができる。
【００５３】
このようなフレキシブル配線基板７（フレキシブル部）の絶縁体層３５１の構成材料としては、絶縁性が高く、フレキシブル配線基板７に可撓性を付与できる材料であれば、特に限定されないが、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、芳香族ポリアミド等の樹脂材料を１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５４】
また、絶縁体層３５１の平均厚さは、特に限定されないが、５〜１００μｍであることが好ましく、１０〜５０μｍであることがより好ましい。これにより、フレキシブル配線基板７は、必要な絶縁性および可撓性を確保しつつ、後述する第２パッケージ３６内に設置した際に第２パッケージ３６の内壁面への密着性が良好となる弾性を有するものとなる。
【００５５】
また、フレキシブル配線基板７の各配線３５２（配線パターン）の構成材料としては、導電性を有するものであれば、特に限定されず、例えば、銅、銅系合金、アルミ、アルミ系合金等の各種金属および各種合金が挙げられる。中でも、電気伝導率に優れ、かつ、安価であることから、銅および銅系合金を用いることが好ましい。
また、基板３８（リジット部）は、前述したフレキシブル配線基板７と一体で構成された第１の層と、この第１の層に積層された第２の層を有する。
【００５６】
第１の層は、前述したフレキシブル配線基板７と同一材料で構成される。
第２の層は、特に限定されないが、主として、繊維状のコア材（繊維基材）と、樹脂材料と、無機充填材とを含んで構成されているのが好ましい。これにより、基板３８の剛性を優れたものとするとともに、基板３８の熱膨張係数を小さくすることができる。
基板３８の第２の層に含まれるコア材としては、例えば、ガラス織布、ガラス不織布等のガラス繊維で構成されたガラス繊維基材、ポリアミド樹脂繊維、芳香族ポリアミド樹脂繊維、全芳香族ポリアミド樹脂繊維等のポリアミド系樹脂繊維、ポリエステル樹脂繊維、芳香族ポリエステル樹脂繊維、全芳香族ポリエステル樹脂繊維等のポリエステル系樹脂繊維、ポリイミド樹脂繊維、フッ素樹脂繊維等を主成分とする織布または不織布で構成される合成繊維基材、クラフト紙、コットンリンター紙、リンターとクラフトパルプの混抄紙等を主成分とする紙基材等が挙げられる。これらの中でも、基板３８の剛性を優れたものとするとともに熱膨張係数を小さくする観点から、ガラス繊維基材が好ましい。
【００５７】
基板３８に含まれる樹脂材料としては、特に限定されないが、例えば、熱硬化性樹脂を含むことが好ましい。これにより、基板３８の耐熱性を向上することができる。
かかる熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＡノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂、未変性のレゾールフェノール樹脂、桐油、アマニ油、クルミ油等で変性した油変性レゾールフェノール樹脂等のレゾール型フェノール樹脂等のフェノール樹脂、ビスフェノールＡエポキシ樹脂、ビスフェノールＦエポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、シアネート樹脂、ユリア（尿素）樹脂、メラミン樹脂等のトリアジン環を有する樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ベンゾオキサジン環を有する樹脂、シアネートエステル樹脂等が挙げられる。
【００５８】
なお、基板３８の第２の層には、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等の熱可塑性樹脂が含まれていてもよい。
また、基板３８の第２の層に含まれる無機充填材としては、例えば、タルク、アルミナ、ガラス、シリカ、マイカ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等を挙げることができる。これらの中でも、熱膨張率が低いことから、シリカが好ましく、溶融シリカ（特に球状溶融シリカ）が好ましい。
このようなコイル３５は、図示しない配線を介して、後述する制御部６の磁場制御部６３に電気的に接続されている。これにより、コイル３５に通電を行うことができる。
【００５９】
［第２パッケージ］
第２パッケージ３６は、前述したガスセル３１、受光素子３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５を収納する。
この第２パッケージ３６は、前述した第１ユニット２の第１パッケージ２２と同様に、構成されている。
【００６０】
具体的には、第２パッケージ３６は、図６に示すように、基体３６１（第２基体）と、蓋体３６２（第２蓋体）とを備える。
基体３６１は、ガスセル３１、受光素子３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５を直接的または間接的に支持する。本実施形態では、基体３６１は、板状をなし、平面視で円形をなしている。
【００６１】
そして、この基体３６１の一方の面（実装面）には、ガスセル３１、受光素子３２およびヒーター３３（複数の実装部品）が設置（実装）される。本実施形態では、前述した基板３８を介して、ガスセル３１、受光素子３２およびヒーター３３が基体３６１に実装されている。
また、基体３６１の他方の面には、図５に示すように、複数のリード３６３が突出している。この複数のリード３６３は、図示しない配線を介して受光素子３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５に電気的に接続されている。
【００６２】
このような基体３６１には、基体３６１上のガスセル３１、受光素子３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５を覆う蓋体３６２が接合されている。
蓋体３６２は、一端部が開口した有底筒状をなしている。
本実施形態では、蓋体３６２の筒状部は、円筒状をなす。すなわち、第２パッケージ３６の内壁面は、円筒状をなす。これにより、簡単かつ確実に、コイル３５を第２パッケージ３６の内壁面に広範囲に密着させることができる。
【００６３】
この蓋体３６２の一端部の開口は、前述した基体３６１により塞がれている。
そして、蓋体３６２の他端部、すなわち蓋体３６２の開口とは反対側の底部には、窓部３７が設けられている。
この窓部３７は、ガスセル３１と発光素子２１との間の光軸ａ上に設けられている。
そして、窓部３７は、前述した励起光に対して透過性を有する。
本実施形態では、窓部３７は、光透過性を有する板状部材で構成されている。
【００６４】
なお、窓部３７は、励起光に対する透過性を有するものであれば、光透過性を有する板状部材に限定されず、例えば、レンズ、偏光板、λ／４波長板等の光学部品であってもよい。
このような蓋体３６２の窓部３７以外の部分の構成材料としては、特に限定されず、例えば、セラミックス、金属、樹脂等を用いることができる。
中でも、蓋体３６２の窓部３７以外の部分の構成材料（第２パッケージ３６の構成材料）としては、磁性材料を用いるのが好ましく、軟磁性材料を用いるのがより好ましい。これにより、コイル３５で発生した磁界を効率的にガスセル３１に導くことができる。
【００６５】
ここで、蓋体３６２の窓部３７以外の部分が励起光に対して透過性を有する材料で構成されている場合、蓋体３６２の窓部３７以外の部分と窓部３７と一体的に形成することができる。また、蓋体３６２の窓部３７以外の部分が励起光に対して透過性を有しない材料で構成されている場合、蓋体３６２の窓部３７以外の部分と窓部３７とを別体で形成し、これらを公知の接合方法により接合すればよい。
【００６６】
また、基体３６１と蓋体３６２とは気密的に接合されているのが好ましい。すなわち、第２パッケージ３６内が気密空間であることが好ましい。これにより、第２パッケージ３６内を減圧状態または不活性ガス封入状態とすることができ、その結果、原子発振器１の特性を向上させることができる。
また、基体３６１と蓋体３６２との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、ろう接、シーム溶接、エネルギー線溶接（レーザー溶接、電子線溶接等）等を用いることができる。
【００６７】
なお、基体３６１と蓋体３６２との間には、これらを接合するための接合部材が介在していてもよい。
また、第２パッケージ３６内には、少なくともガスセル３１および受光素子３２が収納されていればよく、また、前述したガスセル３１、受光素子３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５以外の部品が収納されていてもよい。
【００６８】
このような基体３６１および蓋体３６２を有して構成された第２パッケージ３６によれば、発光素子２１からの励起光の第２パッケージ３６内への入射を許容しつつ、ガスセル３１および受光素子３２を第２パッケージ３６内に収納することができる。したがって、前述したような第１パッケージ２２と組み合わせて第２パッケージ３６を用いることにより、発光素子２１からガスセル３１を介して受光素子３２への励起光の光路を確保しつつ、発光素子２１およびガスセル３１を互いに非接触の別々のパッケージに収納することができる。
また、第２パッケージ３６は、基体３６１が第１パッケージ２２とは反対側に配置されるように、後述する保持部材５に保持されている。
【００６９】
（光学部品）
前述したような第１パッケージ２２と第２パッケージ３６との間には、複数の光学部品４１、４２、４３が配置されている。この複数の光学部品４１、４２、４３は、それぞれ、前述した第１パッケージ２２内の発光素子２１と、前述した第２パッケージ３６内のガスセル３１との間の光軸ａ上に設けられている。
【００７０】
また、本実施形態では、第１パッケージ２２側から第２パッケージ３６側へ、光学部品４１、光学部品４２、光学部品４３の順に配置されている。
光学部品４１は、λ／４波長板である。これにより、例えば、発光素子２１からの励起光が直線偏光である場合、その励起光を円偏光（右円偏光または左円偏光）に変換することができる。
【００７１】
前述したようにコイル３５の磁場によりガスセル３１内のアルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、仮に直線偏光の励起光をアルカリ金属原子に照射すると、励起光とアルカリ金属原子との相互作用により、アルカリ金属原子がゼーマン分裂した複数の準位に均等に分散して存在することとなる。その結果、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数が他のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数に対して相対的に少なくなるため、所望のＥＩＴ現象を発現する原子数が減少し、所望のＥＩＴ信号が小さくなり、その結果、原子発振器１の発振特性の低下をもたらす。
【００７２】
これに対し、前述したようにコイル３５の磁場によりガスセル３１内のアルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、円偏光の励起光をアルカリ金属原子に照射すると、励起光とアルカリ金属原子との相互作用により、アルカリ金属原子がゼーマン分裂した複数の準位のうち、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数を他のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数に対して相対的に多くすることができる。そのため、所望のＥＩＴ現象を発現する原子数が増大し、所望のＥＩＴ信号が大きくなり、その結果、原子発振器１の発振特性を向上させることができる。
【００７３】
本実施形態では、光学部品４１は、円板状をなしている。そのため、後述するような形状の溝５１１に係合した状態で光軸ａに平行な軸線周りに光学部品４１を回転させることができる。なお、光学部品４１の平面視形状は、これに限定されず、例えば、後述する保持部材５の凹部５１の横断面形状によっては、四角形、五角形等の多角形をなしていてもよい。
【００７４】
このような光学部品４１に対して第２ユニット３側には、光学部品４２、４３が配置されている。
光学部品４２、４３は、それぞれ、減光フィルター（ＮＤフィルター）である。これにより、ガスセル３１に入射する励起光ＬＬの強度を調整（減少）させることができる。そのため、発光素子２１の出力が大きい場合でも、ガスセル３１に入射する励起光を所望の光量とすることができる。本実施形態では、前述した光学部品４１により円偏光に変換された励起光の強度を光学部品４２、４３により調整する。
【００７５】
本実施形態では、光学部品４２、４３は、それぞれ、板状をなしている。また、光学部品４２、４３の平面視形状は、それぞれ、四角形をなしている。
なお、光学部品４２、４３の平面視形状は、これに限定されず、例えば、円形をなしていてもよい。光学部品４２、４３の平面視形状が円形である場合、後述するような形状の溝５１２、５１３に係合した状態で光軸ａに平行な軸線周りに光学部品４２、４３を回転させることができる。
【００７６】
また、光学部品４２および光学部品４３は、互いに減光率が等しくてもよいし異なっていてもよい。
また、光学部品４２、４３は、それぞれ、上側と下側とで連続的または段階的に減光率の異なる部分を有していてもよい。この場合、光学部品４２、４３を保持部材５に対して上下方向での位置を調整することにより、励起光の減光率を調整することができる。
【００７７】
また、光学部品４２、４３が溝５１２、５１３に係合した状態で光軸ａに平行な軸線周りに回転可能である場合、光学部品４２、４３は、それぞれ、周方向で連続的または断続的に減光率が異なる部分を有していてもよい。この場合、光学部品４２、４３を回転させることにより、励起光の減光率を調整することができる。
なお、この光学部品４２、４３のうちのいずれか一方の光学部品を省略してもよい。また、発光素子２１の出力が適度である場合、光学部品４２、４３の双方を省略することができる。
【００７８】
（保持部材）
保持部材５は、前述した第１パッケージ２２、第２パッケージ３６および複数の光学部品４１、４２、４３を保持する機能を有する。
この保持部材５は、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６を互いに非接触でこれらを保持する。
これにより、発光素子２１とガスセル３１との間の熱干渉を防止または抑制し、発光素子２１とガスセル３１とを独立して高精度に温度制御することができる。
【００７９】
具体的に説明すると、図５に示すように、保持部材５は、上側に開口する凹部５１を有する。
そして、この凹部５１には、第１パッケージ２２、第２パッケージ３６および複数の光学部品４１、４２、４３が設置されている。本実施形態では、第１パッケージ２２、第２パッケージ３６および複数の光学部品４１、４２、４３の下部がそれぞれ凹部５１内に位置している。
【００８０】
また、この凹部５１は、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６の位置および姿勢を規制する形状をなす。これにより、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６を保持部材５の凹部５１に設置することにより、発光素子２１および受光素子３２を含む光学系の位置決めを行うことができる。そのため、保持部材５に対する第１パッケージ２２および第２パッケージ３６の設置を容易なものとすることができる。
【００８１】
ここで、凹部５１は、Ｘ軸方向に延在し、その一端部側（図５中の左側）には、第１パッケージ２２が配置され、他端部側（図５中の右側）には、第２パッケージ３６が配置されている。
また、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６は、筒状をなす蓋体２２２および蓋体３６２の軸線がそれぞれ凹部５１の延在方向（Ｘ軸方向）に平行となるように配置されている。これにより、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６は、蓋体２２２および蓋体３６２の軸線が互いに一致または平行となるように配置されている。
【００８２】
本実施形態では、凹部５１の横断面が矩形をなしている。
また、保持部材５の一端部側（図５中の左側）には、第１パッケージ２２の基体２２１を支持する支持部５２（第１支持部）が設けられ、保持部材５の他端部（図５中の右側）には、第２パッケージ３６の基体３６１を支持する支持部５３（第２支持部）が設けられている。
【００８３】
このように、支持部５２が基体２２１を支持するとともに、支持部５３が基体３６１を支持することにより、第１パッケージ２２と保持部材５との接触部と、第２パッケージ３６と保持部材５との接触部との距離を大きくすることができる。そのため、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６との間の保持部材５を介した熱伝導をより効果的に抑えることができる。
【００８４】
また、蓋体２２２および蓋体３６２は、それぞれ、保持部材５に対して非接触である。これにより、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６との間の保持部材５を介した熱伝導をより効果的に抑えることができる。特に、凹部５１の横断面が矩形をなすのに対し、蓋体２２２、３６２の筒状部がそれぞれ円筒状をなしているため、蓋体２２２、３６２の側面と保持部材５との間に比較的大きな隙間を形成することができる。その結果、蓋体２２２、３６２から保持部材５への熱の伝導を極めて小さく抑えることができる。また、仮に蓋体２２２、３６２の側面と保持部材５とが接触していたとしても、その接触面積を小さくすることができる。
【００８５】
ここで、支持部５２は、Ｙ軸およびＺ軸に平行な設置面を有する。この設置面には、前述した第１パッケージ２２の基体２２１の蓋体２２２とは反対側の面が接触または近接する。これにより、保持部材５に対する第１パッケージ２２の位置および姿勢を規制することができる。なお、基体２２１は、例えば、支持部５２に接着剤を用いて固定することができる。
【００８６】
また、支持部５２には、前述した第１パッケージ２２の複数のリード２２３が挿通される複数の貫通孔５２１が形成されている。すなわち、支持部５２は、第１パッケージ２２が装着されるソケットのような形態をなす。これによっても、保持部材５に対する第１パッケージ２２の位置および姿勢を規制することができる。なお、複数のリード２２３は、例えば、半田により支持部５２に固定することができる。
【００８７】
複数のリード２２３は、複数の貫通孔５２１に挿通されることにより、保持部材５の外表面の下面または側面に設けられた複数の端子（図示せず）に複数の配線（図示せず）を介して電気的に接続される。
同様に、支持部５３は、Ｙ軸およびＺ軸に平行な設置面を有する。この設置面には、前述した第２パッケージ３６の基体３６１の蓋体３６２とは反対側の面が接触または近接する。これにより、保持部材５に対する第２パッケージ３６の位置および姿勢を規制することができる。なお、基体３６１は、例えば、支持部５３に接着剤を用いて固定することができる。
【００８８】
また、支持部５３には、前述した第２パッケージ３６の複数のリード３６３が挿通される複数の貫通孔５３１が形成されている。すなわち、支持部５３は、第２パッケージ３６が装着されるソケットのような形態をなす。これによっても、保持部材５に対する第２パッケージ３６の位置および姿勢を規制することができる。なお、複数のリード３６３は、例えば、半田により支持部５３に固定することができる。
【００８９】
また、複数のリード３６３は、複数の貫通孔５３１に挿通されることにより、保持部材５の外表面の下面または側面に設けられた複数の端子（図示せず）に複数の配線（図示せず）を介して電気的に接続される。
以上のように、保持部材５は、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６を保持する。
【００９０】
また、前述したように、保持部材５は、光学部品４１、４２、４３をそれぞれ保持する。これにより、原子発振器１の製造時に保持部材５に各部品を取り付ける際、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６を保持部材５に保持させた状態で、光学部品４１、４２、４３をその位置または姿勢を調整しながら保持部材５に設置することができる。
具体的に説明すると、保持部材５の凹部５１の壁面には、光学部品４１を保持する溝５１１と、光学部品４２を保持する溝５１２と、光学部品４３を保持する溝５１３とが形成されている。
【００９１】
本実施形態では、溝５１１、５１２、５１３は、光学部品４１、４２、４３の板面が互いに平行となるように形成されている。また、溝５１１、５１２、５１３は、光学部品４１、４２、４３の板面がそれぞれ光軸ａに対して垂直となるように形成されている。なお、溝５１１、５１２、５１３は、光学部品４１、４２、４３の板面が互いに非平行となるように形成されていてもよし、光学部品４１、４２、４３の板面がそれぞれ光軸ａに対して傾斜するように形成されていてもよい。
【００９２】
溝５１１は、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６とを結ぶ線分に沿った軸線（例えば、光軸ａ）周りに光学部品４１を回転可能に保持し得る。これにより、光学部品４１を保持部材５の溝５１１に係合させて光軸ａに平行な方向での位置決めをした状態で、光学部品４１の光軸ａ周りの姿勢を調整することができる。
ここで、前述したように光学部品４１がλ／４波長板であるため、保持部材５に対する第１パッケージ２２の姿勢によらず、光学部品４１を回転により姿勢を調整することにより、発光素子２１からの励起光を直線偏光から円偏光へ変換することができる。
【００９３】
また、光学部品４１が円板状をなすため、横断面が矩形をなす凹部５１の壁面に対し３か所で接触する。これにより、保持部材５に対する光学部品４１の位置決めを行うことができる。
光学部品４１、４２、４３を保持部材５に設置するに際しては、例えば、まず、保持部材５に第１ユニット２および第２ユニット３を設置・固定する。その後、光学部品４１、４２、４３をそれぞれ対応する溝５１１、５１２、５１３に係合させた状態で、ＥＩＴ信号等を確認しながら、各光学部品４１、４２、４３の位置および姿勢のうちの少なくとも一方を変化させる。そして、所望のＥＩＴ信号を確認したとき、その状態で、各光学部品４１、４２、４３を保持部材５に対して固定する。かかる固定は、特に限定されないが、例えば、光硬化性接着剤を用いるのが好適である。光硬化性接着剤は、硬化前であれば各溝５１１、５１２、５１３に供給しても各光学部品４１、４２、４３の位置または姿勢を変化させることができ、そして、所望時に短時間で硬化させて固定を行える。
【００９４】
また、保持部材５は、樹脂材料、セラミックス材料等の非金属で構成されているのが好ましい。
これにより、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６との間の保持部材５を介した熱伝導を抑えることができる。その結果、発光素子２１とガスセル３１との間の熱干渉を効果的に防止または抑制することができる。
【００９５】
保持部材５を構成する樹脂材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等のポリオレフィン、アクリル系樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテル、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて（例えば２層以上の積層体として）用いることができる。
【００９６】
また、保持部材５を構成するセラミックス材料としては、特に限定されないが、例えば、各種ガラス、また、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、イットリア、リン酸カルシウム等の酸化物セラミックス、さらに、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン、窒化ボロン等の窒化物セラミックス、また、グラファイト、タングステンカーバイト等の炭化物系セラミックス、その他、例えばチタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＰＬＬＺＴ等の強誘電体材料などが挙げられる。
【００９７】
また、保持部材５の熱電導率は、０．１Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上４０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下であることが好ましく、０．１Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上０．５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下であることがより好ましい。これにより、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６との間の保持部材５を介した熱伝導をより効果的に抑えることができる。すなわち、保持部材５の断熱性を高め、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６とを熱的に分離する効果を顕著なものとすることができる。
【００９８】
これに対し、かかる熱伝導率が低すぎる場合、保持部材５の形状、大きさ等によっては、保持部材５に必要な剛性を確保できる材料の選定が難しく、一方、かかる熱伝導率が高すぎる場合、第１パッケージ２２と保持部材５との接触部と、第２パッケージ３６と保持部材５との接触部との距離によっては、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６との間の保持部材５を介した熱伝導を抑えることが難しい。
【００９９】
［制御部］
図２に示す制御部６は、ヒーター３３、コイル３５および発光素子２１をそれぞれ制御する機能を有する。
このような制御部６は、発光素子２１の共鳴光１、２の周波数を制御する励起光制御部６１と、ガスセル３１中のアルカリ金属の温度を制御する温度制御部６２と、ガスセル３１に印加する磁場を制御する磁場制御部６３とを有する。
【０１００】
励起光制御部６１は、前述した受光素子３２の検出結果に基づいて、発光素子２１から出射される共鳴光１、２の周波数を制御する。より具体的には、励起光制御部６１は、前述した受光素子３２によって検出された（ω１−ω２）が前述したアルカリ金属固有の周波数ω０となるように、発光素子２１から出射される共鳴光１、２の周波数を制御する。また、励起光制御部６１は、発光素子２１から出射される共鳴光１、２の中心周波数を制御する。
【０１０１】
また、温度制御部６２は、温度センサー３４の検出結果に基づいて、ヒーター３３への通電を制御する。これにより、ガスセル３１を所望の温度範囲内に維持することができる。ここで、温度センサー３４は、ガスセル３１の温度を検知する温度検知手段を構成する。
また、磁場制御部６３は、コイル３５が発生する磁場が一定となるように、コイル３５への通電を制御する。
このような制御部６は、例えば、保持部材５が設置される基板上に実装されたＩＣチップに設けられている。
【０１０２】
以上説明したような本実施形態の原子発振器１によれば、第２ユニット３の製造時にコイル３５を第２パッケージ３６内に設置する際、筒状に丸められたフレキシブル配線基板７の復元力または弾性力により、コイル３５を第２パッケージ３６の内壁面に密着させることができる。そのため、比較的簡単かつ確実に、コイル３５を第２パッケージ３６の内壁面に密着させることができる。また、コイル３５の内側にコイル３５を支持する部材を設ける必要がないので、コイル３５の内側に配置する部材の設計自由度を高めることができる。
また、このような第２ユニット３を備えることにより、優れた発振特性を発揮することができる。
【０１０３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第２実施形態に係るガスセルユニットを示す横断面図である。
本実施形態にかかるガスセルユニットは、ガスセルおよびコイルを収納するパッケージの形状が異なる以外は、前述した第１実施形態にかかる原子発振器と同様である。
【０１０４】
なお、以下の説明では、第２実施形態のガスセルユニットに関し、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１０において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図１０に示す第２ユニット３Ａ（ガスセルユニット）は、ガスセル３１およびコイル３５Ａを収納する第２パッケージ３６Ａを備える。
【０１０５】
第２パッケージ３６は、四角筒状をなす筒状部を有する蓋体３６２Ａを備える。
そして、コイル３５Ａは、前述した第１実施形態のコイル３５と同様、フレキシブル配線基板の配線パターンで構成され、かかるフレキシブル配線基板を筒状に丸めた状態で、その復元力または弾性力により、蓋体３６２Ａの内周面に密着している。
以上説明したような第２実施形態に係る第２ユニット３Ａ（ガスセルユニット）によっても、コイル３５Ａの内側にコイル３５Ａを支持する部材を設けなくても、ガスセル３１を収納する第２パッケージ３６Ａの内周面にコイル３５Ａを簡単かつ確実に密着させることができる
【０１０６】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図１１は、本発明の第３実施形態に係るガスセルユニットを示す縦断面図である。
本実施形態にかかるガスセルユニット（原子発振器）は、ガスセルおよびコイル等を発光素子等とともにパッケージ内に収納した以外は、前述した第１実施形態にかかるガスセルユニット（原子発振器）と同様である。
【０１０７】
なお、以下の説明では、第３実施形態のガスセルユニットに関し、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１１において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図１１に示す原子発振器１Ｂ（ガスセルユニット）は、パッケージ２２Ｂを有する。
このパッケージ２２Ｂは、発光素子２１、ペルチェ素子２４、ガスセル３１、受光素子３２、ヒーター３３およびコイル３５Ｂを収納する。
パッケージ２２Ｂは、基体２２１と、蓋体２２２Ｂとを備える。
【０１０８】
ここで、ガスセル３１、受光素子３２およびヒーター３３は、発光素子２１との間に隙間を形成するための支持部材８を介して、基体２２１に支持されている。
また、コイル３５Ｂは、前述した第１実施形態のコイル３５と同様、フレキシブル配線基板の配線パターンで構成され、かかるフレキシブル配線基板を筒状に丸めた状態で、その復元力または弾性力により、蓋体２２２Ｂの内周面に密着している。
以上説明したような第３実施形態に係る原子発振器１Ｂ（ガスセルユニット）によっても、コイル３５Ｂの内側にコイル３５Ｂを支持する部材を設けなくても、ガスセル３１を収納するパッケージ２２Ｂの内周面にコイル３５Ｂを簡単かつ確実に密着させることができる
【０１０９】
（電子機器）
以上説明したような原子発振器は、各種電子機器に組み込むことができる。このような電子機器は、優れた信頼性を有する。
以下、本発明の電子機器について説明する。
図１２は、ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明の原子発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。
【０１１０】
図１２に示す測位システム１００は、ＧＰＳ衛星２００と、基地局装置３００と、ＧＰＳ受信装置４００とで構成されている。
ＧＰＳ衛星２００は、測位情報（ＧＰＳ信号）を送信する。
基地局装置３００は、例えば電子基準点（ＧＰＳ連続観測局）に設置されたアンテナ３０１を介してＧＰＳ衛星２００からの測位情報を高精度に受信する受信装置３０２と、この受信装置３０２で受信した測位情報をアンテナ３０３を介して送信する送信装置３０４とを備える。
【０１１１】
ここで、受信装置３０２は、その基準周波数発振源として前述した本発明の原子発振器１を備える電子装置である。このような受信装置３０２は、優れた信頼性を有する。また、受信装置３０２で受信された測位情報は、リアルタイムで送信装置３０４により送信される。
ＧＰＳ受信装置４００は、ＧＰＳ衛星２００からの測位情報をアンテナ４０１を介して受信する衛星受信部４０２と、基地局装置３００からの測位情報をアンテナ４０３を介して受信する基地局受信部４０４とを備える。
【０１１２】
図１３は、本発明の原子発振器を用いたクロック伝送システムの一例を示す概略構成図である。
図１３に示すクロック伝送システム５００は、時分割多重方式のネットワーク内の各装置のクロックを一致させるものであって、Ｎ（Normal）系およびＥ(Emergency)系の冗長構成を有するシステムである。
【０１１３】
このクロック伝送システム５００は、Ａ局（上位（Ｎ系））のクロック供給装置（ＣＳＭ：Clock Supply Module）５０１およびＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy）装置５０２と、Ｂ局（上位（Ｅ系））のクロック供給装置５０３およびＳＤＨ装置５０４と、Ｃ局（下位）のクロック供給装置５０５およびＳＤＨ装置５０６、５０７とを備える。
クロック供給装置５０１は、原子発振器１を有し、Ｎ系のクロック信号を生成する。このクロック供給装置５０１内の原子発振器１は、セシウムを用いた原子発振器を含むマスタークロック５０８、５０９からのより高精度なクロック信号と同期して、クロック信号を生成する。
【０１１４】
ＳＤＨ装置５０２は、クロック供給装置５０１からのクロック信号に基づいて、主信号の送受信を行うとともに、Ｎ系のクロック信号を主信号に重畳し、下位のクロック供給装置５０５に伝送する。
クロック供給装置５０３は、原子発振器１を有し、Ｅ系のクロック信号を生成する。このクロック供給装置５０３内の原子発振器１は、セシウムを用いた原子発振器を含むマスタークロック５０８、５０９からのより高精度なクロック信号と同期して、クロック信号を生成する。
【０１１５】
ＳＤＨ装置５０４は、クロック供給装置５０３からのクロック信号に基づいて、主信号の送受信を行うとともに、Ｅ系のクロック信号を主信号に重畳し、下位のクロック供給装置５０５に伝送する。
クロック供給装置５０５は、クロック供給装置５０１、５０３からのクロック信号を受信し、その受信したクロック信号に同期して、クロック信号を生成する。
【０１１６】
ここで、クロック供給装置５０５は、通常、クロック供給装置５０１からのＮ系のクロック信号に同期して、クロック信号を生成する。そして、Ｎ系に異常が発生した場合、クロック供給装置５０５は、クロック供給装置５０３からのＥ系のクロック信号に同期して、クロック信号を生成する。このようにＮ系からＥ系に切り換えることにより、安定したクロック供給を担保し、クロックパス網の信頼性を高めることができる。
ＳＤＨ装置５０６は、クロック供給装置５０５からのクロック信号に基づいて、主信号の送受信を行う。同様に、ＳＤＨ装置５０７は、クロック供給装置５０５からのクロック信号に基づいて、主信号の送受信を行う。これにより、Ｃ局の装置をＡ局またはＢ局の装置と同期させることができる。
【０１１７】
以上、本発明のガスセルユニット、原子発振器および電子機器について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
また、本発明のガスセルユニット、原子発振器および電子機器では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
【０１１８】
また、本発明のガスセルユニットおよび原子発振器は、前述した各実施形態の任意の構成同士を組み合わせるようにしてもよい。
また、前述した実施形態では、コイルがソレノイド型を構成するようにガスセルの外周に沿って巻回して設けられている場合を例に説明したが、コイルの形態は、これに限定されず、例えば、筒状に丸められたフレキシブル配線基板の配線パターンが、ヘルムホルツ型を構成するようにガスセルを介して対向する１対のコイルを構成していてもよい。
【符号の説明】
【０１１９】
１‥‥原子発振器  １Ｂ‥‥原子発振器  ２‥‥第１ユニット  ２Ｂ‥‥パッケージ  ３‥‥第２ユニット  ３Ａ‥‥第２ユニット  ７‥‥フレキシブル配線基板  ８‥‥支持部材  ２１‥‥発光素子  ２２‥‥第１パッケージ  ２２Ｂ‥‥パッケージ  ２３‥‥窓部  ２４‥‥ペルチェ素子  ３１‥‥ガスセル  ３２‥‥受光素子  ３３‥‥ヒーター  ３４‥‥温度センサー  ３５‥‥コイル  ３５Ａ‥‥コイル  ３５Ｂ‥‥コイル  ３６‥‥第２パッケージ  ３６Ａ‥‥第２パッケージ  ３７‥‥窓部  ３８‥‥基板  ４１‥‥光学部品  ４２‥‥光学部品  ４３‥‥光学部品  ５‥‥保持部材  ５１‥‥凹部  ５２‥‥支持部  ５３‥‥支持部  ６‥‥制御部  ６１‥‥励起光制御部  ６２‥‥温度制御部  ６３‥‥磁場制御部  １００‥‥測位システム  ２００‥‥衛星  ２２１‥‥基体  ２２２‥‥蓋体  ２２２Ｂ‥‥蓋体  ２２３‥‥リード  ３００‥‥基地局装置  ３０１‥‥アンテナ  ３０２‥‥受信装置  ３０３‥‥アンテナ  ３０４‥‥送信装置  ３１１‥‥本体部  ３１２‥‥窓部  ３１３‥‥窓部  ３３１‥‥発熱抵抗体  ３３２‥‥発熱抵抗体  ３５１‥‥絶縁体層  ３５２‥‥配線  ３６１‥‥基体  ３６２‥‥蓋体  ３６２Ａ‥‥蓋体  ３６３‥‥リード  ３８１‥‥接続部  ４００‥‥受信装置  ４０１‥‥アンテナ  ４０２‥‥衛星受信部  ４０３‥‥アンテナ  ４０４‥‥基地局受信部  ５００‥‥クロック伝送システム  ５０１‥‥クロック供給装置  ５０２‥‥ＳＤＨ装置  ５０３‥‥クロック供給装置  ５０４‥‥ＳＤＨ装置  ５０５‥‥クロック供給装置  ５０６‥‥ＳＤＨ装置  ５０７‥‥ＳＤＨ装置  ５０８‥‥マスタークロック  ５０９‥‥マスタークロック  ５１１‥‥溝  ５１２‥‥溝  ５１３‥‥溝  ５２１‥‥貫通孔  ５３１‥‥貫通孔  ａ‥‥光軸  ＬＬ‥‥励起光  Ｓ‥‥内部空間  ω０‥‥周波数  ω１‥‥周波数  ω２‥‥周波数    
【図１】
2014039180.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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