(57)【要約】【課題】低コスト化を図りつつ、発光素子とガスセルとの間の熱干渉を抑制または防止し、より幅広い環境温度範囲において、優れた発振特性を有する原子発振器および電子機器を提供すること。【解決手段】本発明の原子発振器１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内の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２１と、ガスセル３１を透過した励起光を検出する受光素子３２と、発光素子２１を収納する第１パッケージ２２と、ガスセル３１および受光素子３２を収納する第２パッケージ３６と、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６が挿入される貫通孔５１、５２が形成され、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配線基板５とを備える。【選択図】図１
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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ているガスセルと、
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、
前記ガスセルを透過した前記励起光を検出する受光素子と、
前記発光素子を収納する第１パッケージと、
前記ガスセルおよび前記受光素子を収納する第２パッケージと、
前記第１パッケージおよび前記第２パッケージが挿入される少なくとも１つの貫通孔を有し、前記第１パッケージおよび前記第２パッケージを互いに非接触でこれらを保持する配線基板とを備えることを特徴とする原子発振器。
【請求項２】
前記配線基板には、前記第１パッケージが挿入される第１貫通孔と、前記第２パッケージが挿入される第２貫通孔とが個別に備えられている請求項１に記載の原子発振器。
【請求項３】
前記配線基板には、前記第１パッケージおよび前記第２パッケージがともに挿入される貫通孔が備えられ、
当該貫通孔は、前記第１パッケージと前記第２パッケージとの間の部分が前記励起光の光路を含む請求項１に記載の原子発振器。
【請求項４】
前記第１パッケージと前記第２パッケージとの間に配置された光学部品を備え、
前記配線基板には、前記光学部品が挿入される貫通孔が備えられ、
前記配線基板は、前記光学部品を保持する請求項１ないし３のいずれかに記載の原子発振器。
【請求項５】
前記配線基板は、前記第１パッケージと前記第２パッケージとを結ぶ線分に沿った軸線周りに前記光学部品を回転可能に保持する請求項４に記載の原子発振器。
【請求項６】
前記第１パッケージに装着され、前記発光素子と前記配線基板とを電気的に接続する第１コネクターと、
前記第２パッケージに装着され、前記受光素子と前記配線基板とを電気的に接続する第２コネクターとを備える請求項１ないし５のいずれかに記載の原子発振器。
【請求項７】
前記第１コネクターおよび前記第２コネクターは、それぞれ、フレキシブル基板で構成されている請求項６に記載の原子発振器。
【請求項８】
前記配線基板は、前記第１コネクターおよび前記第２コネクターと一体的な構成を有する請求項７に記載の原子発振器。
【請求項９】
前記第１パッケージは、前記発光素子が設置される第１基体と、前記発光素子を覆い、かつ、前記励起光に対する透過性を有する窓部が設けられた第１蓋体とを有し、
前記第２パッケージは、前記ガスセルおよび前記受光素子が設置される第２基体と、前記ガスセルおよび前記受光素子を覆い、かつ、前記励起光に対する透過性を有する窓部が設けられた第２蓋体とを有する請求項１ないし８のいずれかに記載の原子発振器。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか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、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。
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、発光素子、ガスセル、受光素子をこの順で積層し、これらを共通のパッケージ内に収納している。
【０００３】
ところで、このような原子発振器では、安定した発振特性を発揮するために、発光素子およびガスセルを互いに異なる温度で一定温度に維持する必要がある。
しかし、従来の原子発振器では、前述したように発光素子およびガスセルが同一のパッケージ内に収納されているため、発光素子とガスセルとの間の熱干渉が生じやすく、そのため、環境温度によっては、発光素子およびガスセルの温度をそれぞれ所望の温度に維持することができない場合があった。特に、このような熱干渉に関する問題は、波長の異なる２種類の光による量子干渉効果（ＣＰＴ：Coherent Population Trapping）を利用した原子発振器において、一般に発光素子とガスセルとの間の距離が小さくなるため、顕著となる。
また、近年、ＣＰＴを利用した原子発振器の小型化に伴い、様々な電子機器へ原子発振器を組み込むことが期待されており、原子発振器の低コスト化が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
本発明の目的は、低コスト化を図りつつ、発光素子とガスセルとの間の熱干渉を抑制または防止し、より幅広い環境温度範囲において、優れた発振特性を有する原子発振器および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】
【０００６】
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］
本発明の原子発振器は、ガス状の金属原子が封入されているガスセルと、
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、
前記ガスセルを透過した前記励起光を検出する受光素子と、
前記発光素子を収納する第１パッケージと、
前記ガスセルおよび前記受光素子を収納する第２パッケージと、
前記第１パッケージおよび前記第２パッケージが挿入される少なくとも１つの貫通孔を有し、前記第１パッケージおよび前記第２パッケージを互いに非接触でこれらを保持する配線基板とを備えることを特徴とする。
【０００７】
このように構成された原子発振器によれば、発光素子およびガスセルが互いに非接触の別々のパッケージに収納されているので、発光素子とガスセルとの間の熱干渉を防止または抑制し、発光素子とガスセルとを独立して高精度に温度制御することができる。
また、第１パッケージおよび第２パッケージを配線基板で保持することにより、第１パッケージおよび第２パッケージを保持するための部材を配線基板とは別途設ける場合に比し、原子発振器を構成する部品点数を少なくすることができる。その結果、原子発振器の低コスト化を図ることができる。
【０００８】
［適用例２］
本発明の原子発振器では、前記配線基板には、前記第１パッケージが挿入される第１貫通孔と、前記第２パッケージが挿入される第２貫通孔とが個別に備えられていることが好ましい。
これにより、配線基板の剛性を優れたものとしつつ、第１パッケージおよび第２パッケージを配線基板で保持することができる。
【０００９】
［適用例３］
本発明の原子発振器では、前記配線基板には、前記第１パッケージおよび前記第２パッケージがともに挿入される貫通孔が備えられ、
当該貫通孔は、前記第１パッケージと前記第２パッケージとの間の部分が前記励起光の光路を含むことが好ましい。
これにより、第１パッケージおよび第２パッケージの中心を配線基板に近づけることができる。その結果、原子発振器の小型化（薄型化）を図ることができる。
【００１０】
［適用例４］
本発明の原子発振器では、前記第１パッケージと前記第２パッケージとの間に配置された光学部品を備え、
前記配線基板には、前記光学部品が挿入される貫通孔が備えられ、
前記配線基板は、前記光学部品を保持することが好ましい。
これにより、第１パッケージおよび第２パッケージを配線基板に保持させた状態で、光学部品をその位置または姿勢を調整しながら配線基板に設置することができる。
【００１１】
［適用例５］
本発明の原子発振器では、前記配線基板は、前記第１パッケージと前記第２パッケージとを結ぶ線分に沿った軸線周りに前記光学部品を回転可能に保持することが好ましい。
これにより、光学部品を配線基板の貫通孔に係合させて位置決めした状態で、光学部品の姿勢を調整することができる。
【００１２】
［適用例６］
本発明の原子発振器では、前記第１パッケージに装着され、前記発光素子と前記配線基板とを電気的に接続する第１コネクターと、
前記第２パッケージに装着され、前記受光素子と前記配線基板とを電気的に接続する第２コネクターとを備えることが好ましい。
これにより、第１パッケージおよび第２パッケージをそれぞれ配線基板に電気的に接続することができる。
［適用例７］
本発明の原子発振器では、前記第１コネクターおよび前記第２コネクターは、それぞれ、フレキシブル基板で構成されていることが好ましい。
これにより、原子発振器の小型化および低コスト化を図ることができる。
【００１３】
［適用例８］
本発明の原子発振器では、前記配線基板は、前記第１コネクターおよび前記第２コネクターと一体的な構成を有することが好ましい。
これにより、原子発振器の製造時に、第１コネクターおよび第２コネクターを配線基板に対して接合する必要がないため、生産効率を高めることができる。
【００１４】
［適用例９］
本発明の原子発振器では、前記第１パッケージは、前記発光素子が設置される第１基体と、前記発光素子を覆い、かつ、前記励起光に対する透過性を有する窓部が設けられた第１蓋体とを有し、
前記第２パッケージは、前記ガスセルおよび前記受光素子が設置される第２基体と、前記ガスセルおよび前記受光素子を覆い、かつ、前記励起光に対する透過性を有する窓部が設けられた第２蓋体とを有することが好ましい。
これにより、発光素子からガスセルを介して受光素子への励起光の光路を確保しつつ、発光素子およびガスセル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。
［適用例１０］
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、信頼性に優れた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分解斜視図である。
【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横断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る原子発振器を示す平面図である。
【図８】図７に示す原子発振器の配線基板（保持部材）を説明するための図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る原子発振器を示す縦断面図である。
【図１０】図９に示す原子発振器の配線基板を説明するための図である。
【図１１】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システム構成概要図である。
【図１２】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分解斜視図、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横断面図である。
【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と、光学部品４１、４２、４３と、これらを保持する配線基板５（保持部材）と、配線基板５に実装された制御部６と、第１ユニット２および第２ユニット３と配線基板５とを電気的に接続するコネクター７１、７２とを備える。
【００１９】
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。
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、配線基板５の配線（図示せず）およびコネクター７１、７２を介して制御部６に電気的に接続され、制御部６により駆動制御される。
【００２０】
まず、原子発振器１の原理を簡単に説明する。
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。
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
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。
【００２４】
［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。
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。
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。
【００２７】
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。
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。
【００２８】
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。
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。
【００２９】
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。
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
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、後述する配線基板５に保持されている。
【００３４】
（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。
【００３５】
［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。
例えば、ガスセル３１は、図示しないが、柱状の貫通孔を有する本体部と、その貫通孔の両開口を封鎖する１対の窓部とを有する。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が形成される。
【００３６】
ここで、ガスセル３１の各窓部は、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。
【００３７】
また、ガスセル３１の本体部を構成する材料は、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、各窓部は、本体部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の内部空間を気密空間とすることができる。
ガスセル３１の本体部と窓部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。
【００３８】
［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。
【００３９】
［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、例えば、ガスセル３１の外表面上に設けられた発熱抵抗体で構成されている。このような発熱抵抗体は、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。
【００４０】
ここで、かかる発熱抵抗体は、ガスセル３１の励起光の入射部または出射部に設けられる場合、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。
【００４１】
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。
【００４２】
［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。
【００４３】
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。
【００４４】
［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。
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。
【００４５】
このコイル３５の設置位置は、特に限定されず、図示しないが、例えば、ソレノイド型を構成するようにガスセル３１の外周に沿って巻回して設けられていてもよいし、ヘルムホルツ型を構成するように１対のコイルをガスセル３１を介して対向させてもよい。
このコイル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。
このようなコイル３５の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、銀、銅、パラジウム、白金、金、または、これらの合金等が挙げられ、これらのうち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。
【００４６】
［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。
【００４７】
具体的には、第２パッケージ３６は、図５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。
【００４８】
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、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５（複数の実装部品）が設置（実装）される。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。
【００４９】
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。
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。
【００５０】
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。
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。
【００５１】
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。
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、後述する配線基板５に保持されている。
【００５５】
（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。
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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貫通孔５３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、四角形、五角形等の多角形をなしていてもよい。
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。
【００５９】
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。
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、円形をなしている。そのため、後述するような形状の貫通孔５３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をそれぞれ回転させることができる。
【００６０】
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、四角形、五角形等の多角形をなしていてもよい。
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を配線基板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。
また、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、この場合、光学部品４２、４３の回転中心が光軸ａに対してずれていればよい。
【００６１】
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。
また、光学部品４１、４２、４３は、前述した種類、配置順、数等に限定されない。例えば、光学部品４１、４２、４３は、それぞれ、λ／４波長板または減光フィルターに限定されず、レンズ、偏光板等であってもよい。
【００６２】
（配線基板）
配線基板５は、図示しない配線を有し、かかる配線を介して、配線基板５に搭載された制御部６等の電子部品と、コネクター７１、７２とを電気的に接続する機能を有する。
また、配線基板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。
【００６３】
この配線基板５は、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６が空間を介して互いに非接触な状態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。
具体的に説明すると、図１に示すように、配線基板５は、その厚さ方向に貫通する貫通孔５１、５２、５３、５４、５５が形成されている。
ここで、貫通孔５１（第１貫通孔）は、配線基板５のＸ軸方向での一端部側に設けられ、貫通孔５２（第２貫通孔）は、配線基板５のＸ軸方向での他端部側に設けられている。そして、貫通孔５３、５４、５５（第３貫通孔）は、配線基板５の貫通孔５１と貫通孔５２との間に設けられている。
【００６４】
本実施形態では、貫通孔５１、５２、５３、５４、５５は、互いに独立して形成されている。そのため、配線基板５の剛性を優れたものとすることができる。
そして、貫通孔５１内には、第１パッケージ２２の一部が上側から挿入され、これにより、第１パッケージ２２は、配線基板５に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向での位置決めがされている。
【００６５】
本実施形態では、貫通孔５１のＹ軸方向での幅は、第１パッケージ２２のＹ軸方向での幅（円筒部の直径）よりも小さい。そのため、第１パッケージ２２は、その円筒部の中心軸が配線基板５に対して上側に位置した状態で、貫通孔５１の縁部に係合（当接）する。
また、第１パッケージ２２を貫通孔５１の縁部に当接させることにより、第１パッケージ２２と配線基板５との接触面積を小さくすることができる。これにより、第１パッケージ２２と配線基板５との間の熱の伝達を抑制することができる。
【００６６】
同様に、貫通孔５２内には、第２パッケージ３６の一部が挿入され、これにより、第２パッケージ３６は、配線基板５に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向での位置決めがされている。また、第１パッケージ２２と同様に、第２パッケージ３６を貫通孔５２の縁部に当接させることにより、第２パッケージ３６と配線基板５との接触面積を小さくすることができる。これにより、第２パッケージ３６と配線基板５との間の熱の伝達を抑制することができる。
このように、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６との間の配線基板５を介した熱伝達を抑制することができるので、発光素子２１とガスセル３１との間の熱干渉を抑制することができる。
【００６７】
このような貫通孔５１、５２を有する配線基板５によれば、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６を配線基板５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、配線基板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。
また、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６を保持する部材を配線基板５とは別途設ける場合に比し、部品点数を少なくすることができる。その結果、原子発振器１の低コスト化および小型化を図ることができる。
また、本実施形態では、前述したように、配線基板５には、第１パッケージ２２が挿入される貫通孔５１と、第２パッケージ３６が挿入される貫通孔５２とが個別に形成されているため、配線基板５の剛性を優れたものとしつつ、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６を配線基板５で保持することができる。
【００６８】
また、貫通孔５３内には、光学部品４１の一部が挿入され、これにより、光学部品４１は、配線基板５に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向での位置決めがされている。
同様に、貫通孔５４内には、光学部品４２の一部が挿入され、これにより、光学部品４２は、配線基板５に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向での位置決めがされている。
また、貫通孔５５内には、光学部品４３の一部が挿入され、これにより、光学部品４３は、配線基板５に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向での位置決めがされている。
【００６９】
このような貫通孔５３、５４、５５を有する配線基板５によれば、光学部品４１、４２、４３をそれぞれ保持するので、原子発振器１の製造時に配線基板５の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を配線基板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配線基板に設置することができる。
貫通孔５３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を配線基板５の貫通孔５３に係合させて光軸ａに平行な方向での位置決めした状態で、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。
【００７０】
ここで、図６に示すように、貫通孔５３のＹ軸方向での幅Ｗ２は、光学部品４１のＹ軸方向での幅Ｗ１（直径）よりも小さい。そのため、光学部品４１は、その中心が配線基板５に対して上側に位置した状態で、貫通孔５３の縁部に係合（当接）する。
同様に、貫通孔５４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周りに光学部品４２を回転可能に保持し得る。また、貫通孔５５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周りに光学部品４３を回転可能に保持し得る。
【００７１】
本実施形態では、貫通孔５３、５４、５５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、貫通孔５３、５４、５５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、貫通孔５３、５４、５５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。
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、配線基板５に対する第１パッケージ２２の姿勢によらず、図６に示すように光学部品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。
【００７２】
光学部品４１、４２、４３を配線基板５に設置するに際しては、例えば、まず、配線基板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貫通孔５３、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を配線基板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、硬化前であれば各貫通孔５３、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。
【００７３】
このような配線基板５としては、各種プリント配線基板を用いることができるが、前述したように保持した第１パッケージ２２、第２パッケージ３６および光学部品４１、４２、４３の位置関係を維持するのに必要な剛性を確保する観点から、リジット部を有する基板、例えば、リジット基板、リジットフレキシブル基板等を用いるのが好ましい。
なお、配線基板５として、リジット部を有しない配線基板（例えば、フレキシブル基板）を用いた場合であっても、例えば、かかる配線基板に、剛性を向上させるための補強部材を接合することにより、第１パッケージ２２、第２パッケージ３６および光学部品４１、４２、４３の位置関係を維持することができる。
【００７４】
また、配線基板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との間の配線基板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、配線基板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。
【００７５】
これに対し、かかる熱伝導率が低すぎる場合、配線基板５の形状、大きさ等によっては、配線基板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と配線基板５との接触部と、第２パッケージ３６と配線基板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との間の配線基板５を介した熱伝導を抑えることが難しい。
【００７６】
このような観点から、配線基板５は、主として、樹脂材料、ガラス材料、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との間の配線基板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。
このような配線基板５の一方の面には、制御部６およびコネクター７１、７２が設置されている。なお、配線基板５には、制御部６以外の電子部品が搭載されていてもよい。
【００７７】
［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。
本実施形態では、制御部６は、配線基板５に搭載されたＩＣ（Integrated Circuit）チップで構成されている。
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
［コネクター］
コネクター７１（第１コネクター）は、第１パッケージ２２に装着され、発光素子２１と配線基板５とを電気的に接続する機能を有する。
また、コネクター７２（第２コネクター）は、第２パッケージ３６に装着され、受光素子３２等と配線基板５とを電気的に接続する機能を有する。
【００８１】
このようなコネクター７１、７２を用いることにより、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６をそれぞれ配線基板５に電気的に接続することができる。
すなわち、コネクター７１を介して、第１パッケージ２２内の発光素子２１が制御部６に電気的に接続されている。また、コネクター７２を介して、第２パッケージ３６内の受光素子３２、ヒーター、温度センサー３４およびコイル３５が制御部６に電気的に接続されている。
【００８２】
以下、コネクター７１、７２について詳述する。
コネクター７１は、図１に示すように、第１パッケージ２２に装着されるコネクター部７１２と、配線基板５に固定される固定部７１３と、コネクター部７１２と固定部７１３とを接続するケーブル部７１４とを備える。
コネクター部７１２は、シート状をなし、その厚さ方向に貫通する複数の貫通孔７１１を有する。
【００８３】
この複数の貫通孔７１１は、第１パッケージ２２の複数のリード２２３に対応して設けられている。この複数の貫通孔７１１には、それぞれ対応して、複数のリード２２３が挿通されている。
このような複数のリード２２３は、それぞれ、例えば半田等により、図５に示すようにコネクター部７１２に対して固定されるとともに、コネクター部７１２に設けられた配線（図示せず）に電気的に接続されている。
【００８４】
一方、固定部７１３は、シート状をなし、例えば異方性導電接着剤（ＡＣＦ）等により、図５に示すように配線基板５に対して固定されるとともに、固定部７１３に設けられた配線（図示せず）が前述した配線基板５の配線（図示せず）に電気的に接続されている。
また、この固定部７１３の配線（図示せず）は、ケーブル部７１４に設けられた配線（図示せず）を介して、コネクター部７１２の配線（図示せず）に電気的に接続されている。
【００８５】
以上説明したようなコネクター７１と同様に、コネクター７２は、図１に示すように、第２パッケージ３６に装着されるコネクター部７２２と、配線基板５に固定される固定部７２３と、コネクター部７２２と固定部７２３とを接続するケーブル部７２４とを備える。
コネクター部７２２は、シート状をなし、その厚さ方向に貫通する複数の貫通孔７２１を有する。
【００８６】
この複数の貫通孔７２１は、第２パッケージ３６の複数のリード３６３に対応して設けられている。この複数の貫通孔７２１には、それぞれ対応して、複数のリード３６３が挿通されている。
このような複数のリード３６３は、それぞれ、例えば半田等により、図５に示すようにコネクター部７２２に対して固定されるとともに、コネクター部７２２に設けられた配線（図示せず）に電気的に接続されている。
【００８７】
一方、固定部７２３は、シート状をなし、例えば異方性導電接着剤（ＡＣＦ）等により、図５に示すように配線基板５に対して固定されるとともに、固定部７２３に設けられた配線（図示せず）が前述した配線基板５の配線（図示せず）に電気的に接続されている。
また、この固定部７２３の配線（図示せず）は、ケーブル部７２４に設けられた配線（図示せず）を介して、コネクター部７２２の配線（図示せず）に電気的に接続されている。
【００８８】
このようなコネクター７１、７２は、それぞれ、フレキシブル基板で構成されている。すなわち、コネクター７１にあっては、コネクター部７１２、固定部７１３およびケーブル部７１４がそれぞれフレキシブル基板で構成されているとともに、コネクター部７１２、固定部７１３およびケーブル部７１４が一体で構成されている。同様に、コネクター７２にあっては、コネクター部７２２、固定部７２３およびケーブル部７２４がそれぞれフレキシブル基板で構成されているとともに、コネクター部７２２、固定部７２３およびケーブル部７２４が一体で構成されている。
このようにフレキシブル基板で構成されたコネクター７１、７２を用いることにより、原子発振器１の小型化および低コスト化を図ることができる。
なお、コネクター７１、７２は、ぞれぞれ、フレキシブル基板に限定されず、例えば、コネクター部がソケット状をなすものであってもよい。
【００８９】
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、発光素子２１およびガスセル３１が互いに非接触の別々のパッケージに収納されているので、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。
また、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６を配線基板５で保持することにより、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６を保持するための部材を配線基板５とは別途設ける場合に比し、原子発振器１を構成する部品点数を少なくすることができる。その結果、原子発振器１の低コスト化を図ることができる。
【００９０】
＜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７は、本発明の第２実施形態に係る原子発振器を示す平面図、図８は、図７に示す原子発振器の配線基板（保持部材）を説明するための図である。
本実施形態にかかる原子発振器は、配線基板およびコネクターの構成が異なる以外は、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。
なお、以下の説明では、第２実施形態の原子発振器に関し、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７および図８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。
【００９１】
図７に示す原子発振器１Ａは、前述した第１実施形態の原子発振器１において、配線基板５およびコネクター７１、７２に代えて、配線基板５Ａおよびコネクター７１Ａ、７２Ａを備える。
図８に示すように、配線基板５Ａは、その厚さ方向に貫通する貫通孔５１Ａ、５２Ａ、５３、５４、５５が形成されている。
【００９２】
そして、貫通孔５１Ａ（第１貫通孔）内には、第１パッケージ２２の一部が上側から挿入され、これにより、第１パッケージ２２は、配線基板５Ａに対してＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向での位置決めがされている。
同様に、貫通孔５２Ａ（第２貫通孔）内には、第２パッケージ３６の一部が挿入され、これにより、第２パッケージ３６は、配線基板５Ａに対してＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向での位置決めがされている。
【００９３】
このような配線基板５Ａには、コネクター７１Ａ、７２Ａが接続されている。
特に、コネクター７１Ａ、７２Ａは、配線基板５Ａと一体で形成されている。これにより、原子発振器１Ａの製造時に、コネクター７１Ａ、７２Ａを配線基板５Ａに対して接合する必要がないため、生産効率を高めることができる。
ここで、コネクター７１Ａは、第１パッケージ２２に装着されるコネクター部７１２と、コネクター部７１２と配線基板５Ａとを接続するケーブル部７１４Ａとを備える。
同様に、コネクター７２Ａは、第２パッケージ３６に装着されるコネクター部７２２と、コネクター部７２２と配線基板５Ａとを接続するケーブル部７２４Ａとを備える。
【００９４】
このようなコネクター７１Ａ、７２Ａは、ケーブル部７１４Ａ、７２４Ａが光軸ａと直交する方向（Ｙ軸方向）に沿って延在している。これにより、光軸ａと平行な方向（Ｘ軸方向）における配線基板５Ａの寸法の小型化を図りつつ、コネクター７１Ａ、７２Ａと配線基板５Ａとを一体で形成することができる。
このように一体で構成された配線基板５Ａおよびコネクター７１Ａ、７２Ａは、例えば、フレキシブルリジット基板で形成することができる。具体的には、フレキシブルリジット基板のリジット部で配線基板５Ａを形成し、フレキシブル部でコネクター７１Ａ、７２Ａを形成することができる。
以上説明したような第２実施形態に係る原子発振器１Ａによっても、低コスト化を図りつつ、発光素子２１とガスセル３１との間の熱干渉を抑制または防止し、より幅広い環境温度範囲において、優れた発振特性を発揮することができる。
【００９５】
＜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９は、本発明の第３実施形態に係る原子発振器を示す縦断面図、図１０は、図９に示す原子発振器の配線基板を説明するための図である。
本実施形態にかかる原子発振器は、配線基板およびコネクターの構成が異なる以外は、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。
なお、以下の説明では、第３実施形態の原子発振器に関し、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９および図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。
【００９６】
図９に示す原子発振器１Ｂは、前述した第１実施形態の原子発振器１において、配線基板５およびコネクター７１、７２に代えて、配線基板５Ｂおよびコネクター７１Ｂ、７２Ｂを備える。
図１０に示すように、配線基板５Ｂは、その厚さ方向に貫通する貫通孔５６が形成されている。
【００９７】
この貫通孔５６の縁部は、第１パッケージ２２の位置決めのための係合部５１Ｂと、第２パッケージ３６の位置決めのための係合部５２Ｂと、光学部品４１、４２、４３の位置決めのための係合部５３Ｂ、５４Ｂ、５５Ｂとを有する。
本実施形態では、貫通孔５６は、Ｘ軸方向に沿って延在し、係合部５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂ、５４Ｂ、５５ＢがＸ軸方向での異なる位置に設けられている。
このような貫通孔５６は、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６がともに挿入されるものである。
【００９８】
そして、貫通孔５６は、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６との間の部分が励起光の光路を含む。これにより、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６の中心を配線基板５Ｂに近づけることができる。その結果、原子発振器１Ｂの小型化（薄型化）を図ることができる。
このような配線基板５Ｂには、コネクター７１Ｂ、７２Ｂが接続されている。
特に、コネクター７１Ｂ、７２Ｂは、配線基板５Ｂと一体で形成されている。これにより、原子発振器１Ｂの製造時に、コネクター７１Ｂ、７２Ｂを配線基板５Ｂに対して接合する必要がないため、生産効率を高めることができる。
【００９９】
ここで、コネクター７１Ｂは、第１パッケージ２２に装着されるコネクター部７１２と、コネクター部７１２と配線基板５Ｂとを接続するケーブル部７１４Ｂとを備える。
同様に、コネクター７２Ｂは、第２パッケージ３６に装着されるコネクター部７２２と、コネクター部７２２と配線基板５Ｂとを接続するケーブル部７２４Ｂとを備える。
このようなコネクター７１Ｂ、７２Ｂは、ケーブル部７１４Ｂ、７２４Ｂが光軸ａに平行な方向（Ｘ軸方向）に沿って延在している。
【０１００】
このように一体で構成された配線基板５Ｂおよびコネクター７１Ｂ、７２Ｂは、例えば、フレキシブルリジット基板で形成することができる。具体的には、フレキシブルリジット基板のリジット部で配線基板５Ｂを形成し、フレキシブル部でコネクター７１Ｂ、７２Ｂを形成することができる。
ここで、コネクター７１Ｂ、７２Ｂは、図１０に示すように、貫通孔５６の部分を利用して形成することができる。
以上説明したような第３実施形態に係る原子発振器１Ｂによっても、低コスト化を図りつつ、発光素子２１とガスセル３１との間の熱干渉を抑制または防止し、より幅広い環境温度範囲において、優れた発振特性を発揮することができる。
【０１０１】
（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。
以下、本発明の電子機器について説明する。
図１１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システム構成概要図である。
【０１０２】
図１１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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
図１２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１２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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
以上、本発明の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。
また、本発明の原子発振器は、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。
【符号の説明】
【０１１０】
１‥‥原子発振器  １Ａ‥‥原子発振器  １Ｂ‥‥原子発振器  ２‥‥第１ユニット  ３‥‥第２ユニット  ５‥‥配線基板  ５Ａ‥‥配線基板  ５Ｂ‥‥配線基板  ６‥‥制御部  ２１‥‥発光素子  ２２‥‥第１パッケージ  ２３‥‥窓部  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  ３６‥‥第２パッケージ  ３７‥‥窓部  ４１‥‥光学部品  ４２‥‥光学部品  ４３‥‥光学部品  ５１‥‥貫通孔（第１貫通孔）  ５１Ａ‥‥貫通孔（第１貫通孔）  ５１Ｂ‥‥係合部  ５２‥‥貫通孔（第２貫通孔）  ５２Ａ‥‥貫通孔（第２貫通孔）  ５２Ｂ‥‥係合部  ５３‥‥貫通孔  ５３Ｂ‥‥係合部  ５４‥‥貫通孔  ５４Ｂ‥‥係合部  ５５‥‥貫通孔  ５５Ｂ‥‥係合部  ５６‥‥貫通孔  ６１‥‥励起光制御部  ６２‥‥温度制御部  ６３‥‥磁場制御部  ７１‥‥コネクター（第１コネクター）  ７１Ａ‥‥コネクター（第１コネクター）  ７１Ｂ‥‥コネクター（第１コネクター）  ７２‥‥コネクター（第２コネクター）  ７２Ａ‥‥コネクター（第２コネクター）  ７２Ｂ‥‥コネクター（第２コネクター）  １００‥‥測位システム  ２００‥‥衛星  ２２１‥‥基体  ２２２‥‥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  ３６１‥‥基体  ３６２‥‥蓋体  ３６３‥‥リード  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  ７１１‥‥貫通孔  ７１２‥‥コネクター部  ７１３‥‥固定部  ７１４‥‥ケーブル部  ７１４Ａ‥‥ケーブル部  ７１４Ｂ‥‥ケーブル部  ７２１‥‥貫通孔  ７２２‥‥コネクター部  ７２３‥‥固定部  ７２４‥‥ケーブル部  ７２４Ａ‥‥ケーブル部  ７２４Ｂ‥‥ケーブル部  ａ‥‥光軸  ＬＬ‥‥励起光  Ｗ１‥‥幅  Ｗ２‥‥幅  ω０‥‥周波数  ω１‥‥周波数  ω２‥‥周波数
【図１】
2014007300.tif 000003
【図２】
2014007300.tif 000004
【図３】
2014007300.tif 000005
【図４】
2014007300.tif 000006
【図５】
2014007300.tif 000007
【図６】
2014007300.tif 000008
【図７】
2014007300.tif 000009
【図８】
2014007300.tif 000010
【図９】
2014007300.tif 000011
【図１０】
2014007300.tif 000012
【図１１】
2014007300.tif 000013
【図１２】
2014007300.tif 000014