(57)【要約】【課題】様々な環境下においても、長期にわたり優れた発振特性を発揮し得る発振装置、および、この発振装置を備えた電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】本発明の発振装置１は、原子発振器２と、水晶発振器３、４と、環境を検知する環境検知部５と、原子発振器２からの信号を出力する第１状態と、水晶発振器３からの信号を出力する第２状態と、水晶発振器４からの信号を出力する第３状態とを含む複数の状態から１つの状態を選択して切換可能な切換部６と、環境検知部５の検知結果に基づいて切換部６の切換を制御する制御部７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】
原子発振器を構成する第１発振器と、
前記第１発振器とは異なる種類の第２発振器と、
環境を検知する環境検知部と、
前記第１発振器からの信号を出力する第１状態と、前記第２発振器からの信号を出力する第２状態とを含む複数の状態から１つの状態を選択して切換可能な切換部と、
前記環境検知部の検知結果に基づいて、前記切換部の切換を制御する制御部と、を備えることを特徴とする発振装置。
【請求項２】
前記環境検知部は、温度センサーを含む請求項１に記載の発振装置。
【請求項３】
前記環境検知部は、振動センサー、圧力センサーおよび磁場センサーのうちの少なくとも１つを含む請求項１または２に記載の発振装置。
【請求項４】
前記第２発振器は、水晶発振器である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発振装置。
【請求項５】
前記水晶発振器からの信号を補正可能な補正部を備える請求項４に記載の発振装置。
【請求項６】
前記第１発振器は、量子干渉効果を利用した原子発振器である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の発振装置。
【請求項７】
前記第２発振器は、環境耐性が前記第１発振器とは異なる原子発振器である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発振装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発振装置を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発振装置を備えることを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振装置、電子機器および移動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
長期的に高精度な発振特性を有する発振器として、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。
一般に、原子発振器の動作原理は、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用した方式と、波長の異なる２種類の光による量子干渉効果（ＣＰＴ：Coherent Population Trapping）を利用した方式とに大別されるが、特に、量子干渉効果を利用した原子発振器は、二重共鳴現象を利用した原子発振器に比し、小型化が容易であることから、様々な機器への搭載が期待されている。
しかし、従来、原子発振器は、使用可能な環境（温度、振動、圧力、磁場等）の範囲による制約が大きいため、設置場所や用途等が限られていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５６６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、様々な環境下においても、長期にわたり優れた発振特性を発揮し得る発振装置、および、この発振装置を備えた電子機器および移動体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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］
本適用例の発振装置は、原子発振器を構成する第１発振器と、
前記第１発振器とは異なる種類の第２発振器と、
環境を検知する環境検知部と、
前記第１発振器からの信号を出力する第１状態と、前記第２発振器からの信号を出力する第２状態とを含む複数の状態から１つの状態を選択して切換可能な切換部と、
前記環境検知部の検知結果に基づいて、前記切換部の切換を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
このような発振装置によれば、発振装置が設置される環境に応じて、その環境に適した発振器を選択して出力させることができる。そのため、様々な環境下においても、長期にわたり優れた発振特性を発揮し得る。
【０００６】
［適用例２］
本適用例の発振装置では、前記環境検知部は、温度センサーを含むことが好ましい。
これにより、発振装置が設置される環境の温度に適した発振器を選択することができる。
［適用例３］
本適用例の発振装置では、前記環境検知部は、振動センサー、圧力センサーおよび磁場センサーのうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。
これにより、発振装置が設置される環境の振動に適した発振器を選択することができる。また、発振装置が設置される環境の圧力に適した発振器を選択することができる。また、発振装置が設置される環境の磁場に適した発振器を選択することができる。
【０００７】
［適用例４］
本適用例の発振装置では、前記第２発振器は、水晶発振器であることが好ましい。
水晶発振器は、一般に、原子発振器に比し、振動、圧力および磁場の影響を受けにくい。また、水晶発振器は、使用可能な温度範囲について、様々な種類が存在する。したがって、原子発振器の使用可能な温度範囲外であっても、水晶発振器を用いて高精度な発振が可能となる。
【０００８】
［適用例５］
本適用例の発振装置では、前記水晶発振器からの信号を補正可能な補正部を備えることが好ましい。
水晶発振器は、原子発振器に比し、長期的な周波数安定度が低い。そのため、水晶発振器からの信号を補正することにより、第１状態および第２状態のいずれの状態においても、長期に亘り優れた発振特性を発揮することができる。
【０００９】
［適用例６］
本適用例の発振装置では、前記第１発振器は、量子干渉効果を利用した原子発振器であることが好ましい。
量子干渉効果を利用した原子発振器は、二重共鳴現象を利用した原子発振器よりも小型である。そのため、量子干渉効果を利用した原子発振器を第１発振器として用いることにより、発振装置の小型化を図ることができる。その結果、発振装置を様々な機器に組み込むことが可能となる。
［適用例７］
本適用例の発振装置では、前記第２発振器は、環境耐性が前記第１発振器とは異なる原子発振器であることが好ましい。
これにより、第２状態における発振特性を優れたものとすることができる。
【００１０】
［適用例８］
本適用例の電子機器は、本適用例の発振装置を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性に優れる電子機器を提供することができる。
［適用例９］
本適用例の移動体は、本適用例の発振装置を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性に優れる移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発振装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す発振装置の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３】図１に示す発振装置の原子発振器に備えられた光出射部および光検出部について、光出射部からの２つの光の周波数差と、光検出部の検出強度との関係を示すグラフである。
【図４】図１に示す発振装置における切換部の切換制御を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る発振装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る発振装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明の発振装置を用いた場合の概略構成を示す図である。
【図８】本発明の発振装置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９】本発明の移動体の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の発振装置、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
１．発振装置
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る発振装置の概略構成を示すブロック図である。また、図２は、図１に示す発振装置の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。また、図３は、図１に示す発振装置の原子発振器に備えられた光出射部および光検出部について、光出射部からの２つの光の周波数差と、光検出部の検出強度との関係を示すグラフである。また、図４は、図１に示す発振装置における切換部の切換制御を説明するためのフローチャートである。
【００１３】
図１に示す発振装置１は、原子発振器２（第１発振器）と、水晶発振器３、４（第２、３発振器）と、環境検知部５と、切換部６と、制御部７とを備える。
この発振装置１では、切換部６が、互いに種類が異なる原子発振器２および水晶発振器３、４のうちから１つの発振器を選択し、選択された発振器からの信号を出力するように切換可能に構成されており、環境検知部５が発振装置１の設置環境を検知し、制御部７が環境検知部の検知結果に基づいて切換部６の切換を制御する。
これにより、発振装置１が設置される環境に応じて、その環境に適した発振器を選択して出力させることができる。そのため、様々な環境下においても、長期にわたり優れた発振特性を発揮することができる。
【００１４】
以下、発振装置１の各部の構成を順次詳細に説明する。
［原子発振器（第１発振器）］
原子発振器２は、量子干渉効果を利用して発振するように構成された原子発振器である。量子干渉効果を利用した原子発振器２は、二重共鳴現象を利用した原子発振器よりも小型である。そのため、量子干渉効果を利用した原子発振器２を用いることにより、発振装置１の小型化を図ることができる。その結果、発振装置１を様々な機器に組み込むことが可能となる。
この原子発振器２は、図１に示すように、ガスセル２１と、光出射部２２と、光検出部２３と、発振回路２４とを備え、これらは、原子発振器２が備えるパッケージ（図示せず）内に収納されている。
【００１５】
以下、原子発振器２の各部を順次詳細に説明する。
ガスセル２１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（金属原子）が封入されている。
アルカリ金属は、図２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。
【００１６】
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。
【００１７】
そして、例えば、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、ガス状のアルカリ金属を透過した光の強度は、図３に示すように、急峻に上昇する。このような急峻な変化をＥＩＴ信号として検出したとき、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。
【００１８】
このようなガスセル２１は、図示しないが、例えば、柱状の貫通孔を有する本体部と、こ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、アルカリ金属が封入される内部空間が形成される。
こ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。また、こ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。
【００１９】
また、ガスセル２１は、ガスセル２１の温度を検出する温度センサー（図示せず）の検知結果に基づいて通電制御されるヒーター（図示せず）により加熱される。これにより、ガスセル２１中のアルカリ金属をガス状に維持することができる。
また、ガスセル２１には、必要に応じて、通電によりコイルからの磁場が印加される。これにより、ガスセル２１中のアルカリ金属の縮退している異なるエネルギー状態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２の発振周波数の精度を高めることができる。
【００２０】
光出射部２２は、ガスセル２１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、光出射部２２は、ガスセル２１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）を出射するものである。
共鳴光１の周波数ω１は、ガスセル２１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２１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。
【００２１】
このような光出射部２２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。
なお、光出射部２２とガスセル２１との間には、必要に応じて、レンズ、減光フィルター、λ／４波長板、偏光板等の光学素子が設けられる。これにより、ガスセル２１に照射される励起光の強度、スポット径、偏光等を調整することができる。
【００２２】
光検出部２３は、ガスセル２１の内部空間を透過した励起光（共鳴光１、２）の強度を検出する機能を有する。
具体的には、光検出部２３は、前述したようなＥＩＴ信号の有無を検出する。
そして、図示しない回路が、光検出部２３の検出結果に基づいて、光出射部２２の駆動を制御する。これにより、光出射部２２が前述したような共鳴光１、２を出射した状態を維持することができる。
この光検出部２３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。
【００２３】
発振回路２４は、図示しない水晶振動子（水晶発振器３、４の水晶振動子３１、４１とは別体）の周波数に基づいて発振するものである。
また、この発振回路２４は、発振周波数が可変であり、光検出部２３で検出されたＥＩＴ信号に基づいて、発振周波数が補正される。すなわち、発振回路２４は、上記の図示しない水晶発振器の信号をＥＩＴ信号に同期して出力させる。例えば、発振回路２４は、上記水晶振動子と組み合わせた状態で、電圧制御型水晶発振器を構成するものである。
このような原子発振器２は、原子発振器２の使用可能な環境の範囲において、水晶発振器３よりも優れた発振特性を発揮することができる。
なお、「使用可能な環境」とは、原子発振器２の周波数確度が所定範囲内となる環境をいう。
【００２４】
［水晶発振器（第２発振器）］
水晶発振器３は、図１に示すように、水晶振動子３１と、発振回路３２とを備える。
水晶振動子３１は、特に限定されず、各種水晶振動子を用いることができるが、例えば、ＡＴカット振動子、ＳＴカット振動子等を用いることができる。
発振回路３２は、水晶振動子３１の周波数に基づいて発振するものである。
【００２５】
このような水晶発振器３は、使用可能な環境（温度、振動、圧力、磁場のうちの少なくとも１つ）の範囲が前述した原子発振器２の使用可能な環境とは異なる。言い換えると、水晶発振器３は、原子発振器２とは異なる耐性を有する。そのため、原子発振器２が使用可能な環境の範囲外となる環境下において、水晶発振器３からの信号を用いることにより、原子発振器２からの信号を用いる場合に比し、発振特性を高めることができる。
ここで、「使用可能な環境の範囲が異なる」とは、使用可能な環境の範囲が互いに重ならないこと、使用可能な環境の範囲の一部同士が互いに重なること、および、使用可能な環境の範囲の一方の全部が他方の一部に包含されることのいずれをも含む。
【００２６】
また、水晶発振器３の使用可能な温度、振動、圧力および磁場のいずれもが原子発振器２の使用可能な環境と異なることが好ましい。これにより、原子発振器２が使用可能な温度、振動、圧力および磁場のうちの少なくとも１つの範囲から外れる環境下において、水晶発振器３からの信号を用いることにより、原子発振器２からの信号を用いる場合に比し、発振特性を高めることができる。
【００２７】
水晶発振器３としては、原子発振器２の使用可能な環境と異なる環境で、原子発振器２よりも優れた発振特性を発揮し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、温度制御型水晶発振器（ＯＣＸＯ：oven−controlled crystal oscillator）、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：temperature−compensated crystal oscillator）、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ：voltage−controlled crystal oscillator）等が挙げられ、中でも、温度制御型水晶発振器を用いることが好ましい。
【００２８】
水晶発振器は、一般に、原子発振器に比し、振動、圧力および磁場の影響を受けにくい。したがって、振動、圧力および磁場のそれぞれについて、水晶発振器３の使用可能な範囲を極めて広範囲とし、その範囲内に、原子発振器２の使用可能な範囲を包含させることができる。また、水晶発振器は、使用可能な温度範囲について、様々な種類が存在する。したがって、原子発振器２の使用可能な温度範囲外であっても、水晶発振器３を用いて高精度な発振が可能となる。
【００２９】
特に、温度制御型水晶発振器は、温度変化の影響を受けにくい。したがって、水晶発振器３の使用可能な温度範囲を広範囲なものとし、かかる範囲内に原子発振器２の使用可能な温度範囲を包含させることができる。そのため、水晶発振器３として温度制御型水晶発振器を用いることにより、原子発振器２の使用可能な温度範囲外の広範囲において、水晶発振器３を用いて高精度な発振が可能となる。
【００３０】
［水晶発振器（第３発振器）］
水晶発振器４は、図１に示すように、水晶振動子４１と、発振回路４２とを備える。
水晶振動子４１は、特に限定されず、各種水晶振動子を用いることができるが、例えば、ＡＴカット振動子、ＳＴカット振動子等を用いることができる。
発振回路４２は、水晶振動子４１の周波数に基づいて発振するものである。
【００３１】
このような水晶発振器４は、使用可能な環境（温度、振動、圧力、磁場のうちの少なくとも１つ）の範囲が前述した原子発振器２および水晶発振器３の使用可能な環境とは異なる。言い換えると、水晶発振器４は、原子発振器２とは異なる耐性を有する。そのため、原子発振器２および水晶発振器３が使用可能な環境の範囲外となる環境下において、水晶発振器４からの信号を用いることにより、原子発振器２および水晶発振器３からの信号を用いる場合に比し、発振特性を高めることができる。
【００３２】
水晶発振器４としては、原子発振器２および水晶発振器３の使用可能な環境と異なる環境で、原子発振器２および水晶発振器３よりも優れた発振特性を発揮し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、温度制御型水晶発振器（ＯＣＸＯ：oven−controlled crystal oscillator）、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：temperature−compensated crystal oscillator）、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ：voltage−controlled crystal oscillator）等が挙げられ、中でも、温度制御型水晶発振器を用いることが好ましい。
【００３３】
［環境検知部］
環境検知部５は、環境を検知する機能を有する。
本実施形態では、環境検知部５は、発振装置１が設置された環境の温度、振動、圧力および磁場をそれぞれ検知するように構成されている。
具体的には、図１に示すように、環境検知部５は、温度センサー５１と、振動センサー５２と、圧力センサー５３と、磁場センサー５４とを含む。
【００３４】
温度センサー５１は、発振装置１が設置された環境の温度を検知する。
このような温度センサー５１の検知結果に基づいて、発振装置１が設置された環境の温度が原子発振器２および水晶発振器３、４の使用可能な温度範囲内であるか否かを判断することできる。そのため、原子発振器２および水晶発振器３、４の中から、発振装置１が設置される環境の温度に適した発振器を選択することができる。
【００３５】
振動センサー５２としては、発振装置１が設置された環境の振動（発振装置１または原子発振器２に加わる振動）を検知し得るセンサーであれば、特に限定されず、例えば、３軸加速度センサー、３軸ジャイロセンサー等の公知の振動センサーを用いることができる。
温度センサー５１は、発振装置１が設置された環境の温度を検知する。
【００３６】
このような振動センサー５２の検知結果に基づいて、発振装置１が設置された環境の振動が原子発振器２および水晶発振器３、４の使用可能な振動の範囲内であるか否かを判断することができる。そのため、原子発振器２および水晶発振器３、４の中から、発振装置１が設置される環境の振動に適した発振器を選択することができる。
温度センサー５１としては、発振装置１が設置された環境の温度を検知し得るセンサーであれば、特に限定されず、例えば、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。
【００３７】
圧力センサー５３としては、発振装置１が設置される環境の圧力を検知する。
このような圧力センサー５３の検知結果に基づいて、発振装置１が設置された環境の圧力が原子発振器２および水晶発振器３、４の使用可能な圧力の範囲内であるか否かを判断することができる。そのため、原子発振器２および水晶発振器３、４の中から、発振装置１が設置される環境の圧力に適した発振器を選択することができる。
圧力センサー５３としては、発振装置１が設置される環境の圧力を検知し得るセンサーであれば、特に限定されず、例えば、ダイヤフラムの変位に応じた信号を出力する圧力センサー等の公知の圧力センサーを用いることができる。
【００３８】
磁場センサー５４としては、発振装置１が設置される環境の磁場を検知する。
このような磁場センサー５４の検知結果に基づいて、発振装置１が設置される環境の磁場が原子発振器２および水晶発振器３、４の使用可能な磁場の範囲内であるか否かを判断することができる。そのため、原子発振器２および水晶発振器３、４の中から、発振装置１が設置される環境の磁場に適した発振器を選択することができる。
【００３９】
磁場センサー５４としては、発振装置１が設置される環境の磁場を検知し得るセンサーであれば、特に限定されず、例えば、コイル、ホール素子、磁気抵抗効果素子、磁気インピーダンス素子、ウィーガント・ワイヤー、フラックス・ゲートセンサー、ファラデー素子（磁気光学素子）、プロトン磁力計（磁気共鳴型磁気センサー）、電気力学的磁気センサー（荷電粒子線）、超伝導量子干渉素子等が挙げられ、これらのうち１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。
また、磁場センサー５４としては、磁場の大きさおよび向きの双方を検知するよう構成されていることが好ましい。これにより、磁場センサー５４の検知結果に基づいて、原子発振器２および水晶発振器３、４の中から、発振装置１が設置される環境の磁場に適した発振器をより適切に選択することができる。
【００４０】
［切換部］
切換部６は、前述した原子発振器２および水晶発振器３、４にそれぞれ電気的に接続されている。
そして、切換部６は、原子発振器２からの信号を出力する第１状態（以下、単に「第１状態」ともいう）と、水晶発振器３からの信号を出力する第２状態（以下、単に「第２状態」ともいう）と、水晶発振器４からの信号を出力する第３状態（以下、単に「第３状態」ともいう）を含む複数の状態から１つの状態を選択して切換可能に構成されている。
【００４１】
本実施形態では、切換部６が第１状態、第２状態および第３状態から１つの状態を選択して切換可能であるため、第１状態および第２状態から１つの状態を選択して切り換える構成に比し、発振装置１の使用可能な環境の範囲を拡げることができる。
このような切換部６は、例えば、リレー等の公知のスイッチング素子を用いて構成することができる。
このような切換部６、制御部７からの制御信号に基づいて動作が制御される。
【００４２】
［制御部］
制御部７は、環境検知部５の検知結果に基づいて、切換部６の切換を制御する機能を有する。
具体的には、制御部７は、温度センサー５１、振動センサー５２、圧力センサー５３および磁場センサー５４の検知結果に基づいて、切換部６の切換を制御する。
【００４３】
以下、図４に基づいて、制御部７による切換部６の切り換えの一例について説明する。
まず、環境検知部５が発振装置１の設置環境を検知する（ステップＳ１）。すなわち、温度センサー５１、振動センサー５２、圧力センサー５３および磁場センサー５４がそれぞれ温度、振動、圧力および磁場を検知する。
そして、環境検知部５で検知された環境が原子発振器２（第１発振器）の使用可能環境の範囲内か否かを判断する（ステップＳ２）。
【００４４】
具体的には、温度センサー５１、振動センサー５２、圧力センサー５３および磁場センサー５４でそれぞれ検知された温度、振動、圧力および磁場のすべてについて、原子発振器２の使用可能環境の範囲内である場合、原子発振器２の使用可能環境の範囲内であると判断する。一方、温度センサー５１、振動センサー５２、圧力センサー５３および磁場センサー５４でそれぞれ検知された温度、振動、圧力および磁場の少なくとも１つについて、原子発振器２の使用可能環境の範囲外である場合、原子発振器２の使用可能環境の範囲内でないと判断する。
【００４５】
原子発振器２の使用可能環境の範囲内であると判断した場合、原子発振器２からの信号を出力する第１状態とする（ステップＳ３）。
一方、原子発振器２の使用可能環境の範囲内でないと判断した場合、環境検知部５で検知された環境が水晶発振器３（第２発振器）の使用可能環境の範囲内か否かを判断する（ステップＳ４）。
【００４６】
具体的には、温度センサー５１、振動センサー５２、圧力センサー５３および磁場センサー５４でそれぞれ検知された温度、振動、圧力および磁場のすべてについて、水晶発振器３の使用可能環境の範囲内である場合、水晶発振器３の使用可能環境の範囲内であると判断する。一方、温度センサー５１、振動センサー５２、圧力センサー５３および磁場センサー５４でそれぞれ検知された温度、振動、圧力および磁場の少なくとも１つについて、水晶発振器３の使用可能環境の範囲外である場合、水晶発振器３の使用可能環境の範囲内でないと判断する。
【００４７】
水晶発振器３の使用可能環境の範囲内であると判断した場合、水晶発振器３からの信号を出力する第２状態とする（ステップＳ５）。
一方、水晶発振器３の使用可能環境の範囲内でないと判断した場合、環境検知部５で検知された環境が水晶発振器４（第３発振器）の使用可能環境の範囲内か否かを判断する（ステップＳ６）。
【００４８】
具体的には、温度センサー５１、振動センサー５２、圧力センサー５３および磁場センサー５４でそれぞれ検知された温度、振動、圧力および磁場のすべてについて、水晶発振器４の使用可能環境の範囲内である場合、水晶発振器４の使用可能環境の範囲内であると判断する。一方、温度センサー５１、振動センサー５２、圧力センサー５３および磁場センサー５４でそれぞれ検知された温度、振動、圧力および磁場の少なくとも１つについて、水晶発振器４の使用可能環境の範囲外である場合、水晶発振器４の使用可能環境の範囲内でないと判断する。
【００４９】
水晶発振器４の使用可能環境の範囲内であると判断した場合、水晶発振器４からの信号を出力する第３状態とする（ステップＳ７）。
一方、水晶発振器４の使用可能環境の範囲内でないと判断した場合、環境検知部５で検知された環境に最も近い使用可能環境の発振器を原子発振器２および水晶発振器３、４の中から選択し、選択された発振器からの信号を出力する（ステップＳ８）。
【００５０】
ここで、環境検知部５で検知された環境に最も近い使用可能環境の発振器を選択する際には、例えば、環境検知部５で検知された温度、振動、圧力および磁場と各発振器の使用可能な温度、振動、圧力および磁場との差の平均を算出し、その算出結果が最も小さい発振器を、環境検知部５で検知された環境に最も近い使用可能環境の発振器とすればよい。
なお、ステップＳ８に代えて、環境検知部５の検知結果に関係なく、第１状態、第２状態および第３状態のうちのいずれかの状態を選択する動作を行ってもよい。この場合、最も環境変化に対する影響が少ないか、または、使用可能な環境範囲が最も広い発振器（例えば水晶発振器３または水晶発振器４）を選択するようにするのが好ましい。
【００５１】
以上のようにして、出力する発振器を選択する。すなわち、第１状態、第２状態および第３状態のいずれか１つの状態を選択して切り換える。また、本例の切り換えでは、環境検知部５で検知された環境が原子発振器２の使用可能な環境の範囲内にある限り、原子発振器２からの信号を出力する。
このような選択後、終了か否かを判断し（ステップＳ９）、例えば終了指示等が入力されている場合終了し、終了しない場合ステップＳ１に戻る。
【００５２】
以上説明したようにして、制御部７による切換部６の切り換えを行うことによって、発振装置１が設置される環境に応じて、その環境に適した発振器を選択して出力させることができる。
このような制御部７は、特に限定されないが、例えば、ＭＰＵで構成することができる。
以上説明したような発振装置１によれば、発振装置１が設置される環境に応じて、その環境に適した発振器を選択して出力させることができる。そのため、様々な環境下においても、長期にわたり優れた発振特性を発揮し得る。
【００５３】
＜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５は、本発明の第２実施形態に係る発振装置の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態にかかる発振装置は、補正部を追加した以外は、前述した第１実施形態にかかる発振装置と同様である。
なお、以下の説明では、第２実施形態の発振装置に関し、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５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。
【００５４】
図５に示す発振装置１Ａは、水晶発振器３からの信号を補正可能な補正部８と、水晶発振器４からの信号を補正可能な補正部９とを備える。
水晶発振器３、４は、原子発振器２に比し、長期的な周波数安定度が低い。そのため、水晶発振器３、４からの信号を補正することにより、第１状態、第２状態および第３状態のいずれの状態においても、長期に亘り優れた発振特性を発揮することができる。
【００５５】
本実施形態では、水晶発振器３の発振回路３２は、発振周波数が可変であり、補正部８により、発振周波数が補正される。同様に、水晶発振器４の発振回路４２は、発振周波数が可変であり、補正部９により、発振周波数が補正される。ここで、水晶発振器３、４としては、それぞれ、例えば、電圧制御型水晶発振器（Voltage Controlled Oscillator）を用いる。
【００５６】
補正部８は、原子発振器２からの信号（発振周波数）に基づいて、水晶発振器３からの信号（発振周波数）を補正する。同様に、補正部９は、原子発振器２からの信号（発振周波数）に基づいて、水晶発振器４からの信号（発振周波数）を補正する。これにより、補正のための発振器を別途設ける場合に比し、構成が簡単となる。また、原子発振器２は、長期周波数安定度に優れていることから、補正のための発振器として好適である。
より具体的に説明すると、補正部８は、図５に示すように、周波数比較器８１と、周波数制御回路８２とを備える。同様に、補正部９は、周波数比較器９１と、周波数制御回路９２とを備える。
【００５７】
以下、周波数比較器８１および周波数制御回路８２について説明する。なお、周波数比較器９１および周波数制御回路９２については、周波数比較器８１および周波数制御回路８２と同様であるため、その説明を省略する。
周波数比較器８１は、原子発振器２の出力信号（発振周波数）と、水晶発振器３の出力信号（発振周波数）とを比較し、その差分またはその有無に応じた電圧を比較結果として出力する。
周波数制御回路８２は、周波数比較器８１の比較結果に基づいて、水晶発振器３の出力信号（発振周波数）を制御する。具体的には、周波数制御回路８２は、周波数比較器８１の比較結果に基づいて、水晶発振器３の発振周波数を原子発振器２の発振周波数に一致させるように制御する。
【００５８】
このような補正は、第１状態における原子発振器２からの信号に基づいて行うことが好ましい。第１状態では、原子発振器２がより高精度な信号を出力することができる。そのため、第１状態における原子発振器２からの信号を補正に用いることにより、補正の精度を高めることができる。
以上説明したような発振装置１Ａによっても、発振装置１Ａが設置される環境に応じて、その環境に適した発振器を選択して出力させることができる。そのため、様々な環境下においても、長期にわたり優れた発振特性を発揮し得る。
【００５９】
＜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６は、本発明の第３実施形態に係る発振装置の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態にかかる発振装置は、第２発振器が原子発振器である以外は、前述した第１実施形態にかかる発振装置と同様である。
なお、以下の説明では、第３実施形態の発振装置に関し、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６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。
【００６０】
図６に示す発振装置１Ｂは、原子発振器２（第１発振器）と、原子発振器２Ｂ（第２発振器）と、水晶発振器４（第３発振器）と、環境検知部５と、切換部６と、制御部７とを備える。
この発振装置１Ｂでは、切換部６が、原子発振器２からの信号を出力する第１状態と、原子発振器２Ｂからの信号を出力する第２状態と、水晶発振器４からの信号を出力する第３状態（以下、単に「第３状態」ともいう）を含む複数の状態から１つの状態を選択して切換可能に構成されている。
【００６１】
原子発振器２Ｂは、使用可能な環境（温度、振動、圧力、磁場のうちの少なくとも１つ）の範囲が原子発振器２の使用可能な環境とは異なる。言い換えると、原子発振器２Ｂは、原子発振器２とは異なる耐性を有する。そのため、原子発振器２が使用可能な環境の範囲外となる環境下において、原子発振器２Ｂからの信号を用いることにより、原子発振器２からの信号を用いる場合に比し、発振特性を高めることができる。
例えば、原子発振器２が−４０℃以上＋２５℃以下の範囲の環境下で優れた発振特性（例えば高い周波数精度）を発揮する場合、原子発振器２Ｂは、＋２５℃以上＋８５℃以下の範囲の環境下で、上記発振特性と同等かそれ以上の優れた発振特性を発揮するように構成されている。
【００６２】
より具体的に説明すると、原子発振器２Ｂは、原子発振器２と同様、量子干渉効果を利用して発振するように構成された原子発振器である。
この原子発振器２Ｂは、図６に示すように、ガスセル２１Ｂと、光出射部２２Ｂと、光検出部２３Ｂと、発振回路２４Ｂとを備え、これらは、原子発振器２Ｂが備えるパッケージ（図示せず）内に収納されている。
【００６３】
そして、原子発振器２Ｂは、ガスセル２１Ｂ、光出射部２２Ｂ、光検出部２３Ｂおよび発振回路２４Ｂのうちの少なくとも１つの構成または動作条件が原子発振器２とは異なっており、そのため、原子発振器２Ｂの使用可能な環境の範囲が原子発振器２の使用可能な環境の範囲と異なっている。
このように、原子発振器２とは環境耐性が異なる原子発振器２Ｂを第２発振器として用いることにより、第２状態における発振特性を優れたものとすることができる。
以上説明したような発振装置１Ｂによっても、発振装置１Ｂが設置される環境に応じて、その環境に適した発振器を選択して出力させることができる。そのため、様々な環境下においても、長期にわたり優れた発振特性を発揮し得る。
【００６４】
２．電子機器
以上説明したような本発明の発振装置は、各種電子機器に組み込むことができる。このような本発明の発振装置を備える電子機器は、設置環境や用途によらず、発振装置が優れた発振特性を発揮することができ、優れた信頼性を有する。
以下、本発明の電子機器の一例について説明する。
図７は、ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明の発振装置を用いた場合の概略構成を示す図である。
【００６５】
図７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。
【００６６】
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発振装置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。
【００６７】
図８は、本発明の発振装置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８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。
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。
【００６８】
クロック供給装置５０１は、発振装置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内の発振装置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。
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。
【００６９】
クロック供給装置５０３は、発振装置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内の発振装置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。
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。
【００７０】
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。
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。
【００７１】
３．移動体
また、前述したような本発明の発振装置は、各種移動体に組み込むことができる。このような本発明の発振装置を備える移動体は、移動体の移動により発振装置の設置環境が変化しても、優れた発振特性を発揮でき、優れた信頼性を有する。
以下、本発明の移動体の一例について説明する。
【００７２】
図９は、本発明の移動体の一例を示す図である。
図９に示す移動体１５００は、車体１５０１と、４つの車輪１５０２とを有しており、車体１５０１に設けられた図示しない動力源（エンジン）によって車輪１５０２を回転させるように構成されている。このような移動体１５００には、発振装置１が内蔵されている。そして、発振装置１からの発振信号に基づいて、例えば、図示しない制御部が動力源の駆動を制御する。
【００７３】
なお、本発明の電子機器または移動体は、前述したものに限定されず、例えば、携帯電話機、ディジタルスチルカメラ、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、パーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター）、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレーター等に適用することができる。
【００７４】
以上、本発明の発振装置、電子機器および移動体について、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、本発明の発振装置、電子機器および移動体では、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、本発明の発振装置は、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。
【００７５】
また、前述した実施形態では、第１発振器を構成する原子発振器として、量子干渉効果を利用した原子発振器を用いた場合を説明したが、本発明は、これに限定されず、二重共鳴現象を利用した原子発振器を用いてもよい。
また、前述した実施形態では、第２発振器および第３発振器として、それぞれ、水晶発振器を用いた場合を例に説明したが、本発明は、第１発振器と異なる種類（使用可能な環境）の発振器であれば、これに限定されず、原子発振器を用いてもよい。
【００７６】
また、前述した実施形態では、環境検知部が温度センサー、振動センサー、圧力センサーおよび磁場センサーを備える場合を例に説明したが、環境検知部は、必要に応じて、これらのセンサーの少なくとも１つを備えていればよい。また、環境検知部が備えるセンサーは、発振装置が設置される環境を検知し得るものであれば、上述したセンサーに限定されない。
【００７７】
また、発振装置が備える発振器（切換部により切り換えられる発振器）の数は、前述した実施形態に限定されない。例えば、前述した実施形態では、発振装置が第３発振器を備える場合を例に説明したが、必要に応じて、第３発振器を省略することもできる。また、発振装置は、第１、２、３発振器とは種類の異なる第４発振器、第５発振器・・・等を備えていてもよい。発振装置が備える発振器の数を増やすことにより、発振装置の使用可能な環境の範囲を拡げることができる。
【符号の説明】
【００７８】
１‥‥発振装置  １Ａ‥‥発振装置  １Ｂ‥‥発振装置  ２‥‥原子発振器  ２Ｂ‥‥原子発振器  ３‥‥水晶発振器  ４‥‥水晶発振器  ５‥‥環境検知部  ６‥‥切換部  ７‥‥制御部  ８‥‥補正部  ９‥‥補正部  ２１‥‥ガスセル  ２１Ｂ‥‥ガスセル  ２２‥‥光出射部  ２２Ｂ‥‥光出射部  ２３‥‥光検出部  ２３Ｂ‥‥光検出部  ２４‥‥発振回路  ２４Ｂ‥‥発振回路  ３１‥‥水晶振動子  ３２‥‥発振回路  ４１‥‥水晶振動子  ４２‥‥発振回路  ５１‥‥温度センサー  ５２‥‥振動センサー  ５３‥‥圧力センサー  ５４‥‥磁場センサー  ８１‥‥周波数比較器  ８２‥‥周波数制御回路  ９１‥‥周波数比較器  ９２‥‥周波数制御回路  １００‥‥測位システム  ２００‥‥衛星  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  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  １５００‥‥移動体  １５０１‥‥車体  １５０２‥‥車輪
【図１】
2014165508.tif 000003
【図２】
2014165508.tif 000004
【図３】
2014165508.tif 000005
【図４】
2014165508.tif 000006
【図５】
2014165508.tif 000007
【図６】
2014165508.tif 000008
【図７】
2014165508.tif 000009
【図８】
2014165508.tif 000010
【図９】
2014165508.tif 000011