(57)【要約】【課題】間欠動作させた状態における短期的な周波数安定性を向上させた原子発振器を提供する。【解決手段】本原子発振器は、原子の共鳴周波数を用いた間欠的なフィードバック制御により基準発振器の出力周波数を調整し、調整された周波数を出力する原子発振器であって、前記フィードバック制御を行う第１の期間の前記基準発振器の周波数制御値に基づいて、前記フィードバック制御を停止する第２の期間の前記基準発振器の出力周波数を制御する制御部を有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子の共鳴周波数を用いた間欠的なフィードバック制御により基準発振器の出力周波数を調整し、調整された周波数を出力する原子発振器であって、
前記フィードバック制御を行う第１の期間の前記基準発振器の周波数制御値に基づいて、前記フィードバック制御を停止する第２の期間の前記基準発振器の出力周波数を制御する制御部を有することを特徴とする原子発振器。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１の期間の前記基準発振器の周波数制御値の時間変化に基づいて近似式を算出し、前記近似式に基づいて前記第２の期間の前記基準発振器の出力周波数を制御することを特徴とする請求項1に記載の原子発振器。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１の期間全体の前記基準発振器の周波数制御値の時間変化に基づいて前記近似式を算出することを特徴とする請求項２に記載の原子発振器。
【請求項４】
前記制御部は、前記第２の期間から前記第１の期間に切り替えてから一定時間経過するまでの前記基準発振器の周波数制御値の時間変化に基づいて前記近似式を算出することを特徴とする請求項２に記載の原子発振器。
【請求項５】
環境温度を検出する温度センサを備え、
前記制御部は、前記第１の期間の前記基準発振器の周波数制御値及び前記第１の期間の前記環境温度に基づいて、前記第２の期間の前記基準発振器の出力周波数を制御することを特徴とする請求項1に記載の原子発振器。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１の期間の前記基準発振器の周波数制御値の時間変化及び前記第１の期間の前記環境温度の時間変化に基づいて近似式を算出し、前記近似式に基づいて前記第２の期間の前記基準発振器の出力周波数を制御することを特徴とする請求項５に記載の原子発振器。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１の期間全体の前記基準発振器の周波数制御値の時間変化及び前記第１の期間全体の前記環境温度の時間変化に基づいて前記近似式を算出することを特徴とする請求項６に記載の原子発振器。
【請求項８】
前記制御部は、前記第２の期間から前記第１の期間に切り替えてから一定時間経過するまでの前記基準発振器の周波数制御値の時間変化及び前記第２の期間から前記第１の期間に切り替えてから一定時間経過するまでの前記環境温度の時間変化に基づいて前記近似式を算出することを特徴とする請求項６に記載の原子発振器。
【請求項９】
前記制御部は、前記基準発振器の周波数制御値と共に、前記共鳴周波数を変化させる要因となるパラメータを考慮して、前記第２の期間の前記基準発振器の出力周波数を制御することを特徴とする請求項1乃至８の何れか一項に記載の原子発振器。
【請求項１０】
原子の共鳴周波数を用いた間欠的なフィードバック制御により基準発振器の出力周波数を調整し、調整された周波数を出力する原子発振器の制御方法であって、
前記フィードバック制御を行う第１の期間の前記基準発振器の周波数制御値に基づいて、前記フィードバック制御を停止する第２の期間の前記基準発振器の出力周波数を制御することを特徴とする原子発振器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子発振器、原子発振器の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
極めて正確な時間を計る時計として原子時計（原子発振器）があり、この原子発振器を小型化する技術等の検討がなされている。原子発振器とは、アルカリ金属等の原子を構成している電子の遷移エネルギー量を基準として、内蔵している基準発振器の出力周波数を制御している発振器であり、特に、アルカリ金属の原子における電子の遷移エネルギーは外乱がない状態では、非常に精密な値が得られるため、水晶発振器等に比べて、高い周波数安定性を得ることができる。
【０００３】
従来の原子発振器には、低消費電力化等のために間欠動作を行うものがある。間欠動作とは、一定時間の間はフィードバック制御を行わずに基準発振器を自律動作させ、一定時間経過後に原子共鳴によるフィードバック制御を行い、基準発振器の自律動作で生じた周波数変動を補正するものである。例えば、周波数を制御する制御部をデジタル構成にして、制御信号を出力するタイミングを所定のデューティ比又は周期により制御信号が動作している期間と、停止している期間とを設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、間欠動作を行う場合、基準発振器の自律動作中は原子共鳴からのフィードバック制御がないため、間欠動作しない場合と比較して長期的な周波数安定性はほぼ同等であるが、短期的な周波数安定性は劣る。
【０００５】
又、原子発振器を時計として用いる場合、基準周波数に対する原子発振器の出力周波数のずれを積算したものが時刻のずれとなる。よって間欠動作させた原子発振器を時計として用いる場合、低消費電力とはなるが、短期的な周波数安定性が悪いため、時刻のずれが大きくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、間欠動作させた状態における短期的な周波数安定性を向上させた原子発振器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本原子発振器は、原子の共鳴周波数を用いた間欠的なフィードバック制御により基準発振器の出力周波数を調整し、調整された周波数を出力する原子発振器であって、前記フィードバック制御を行う第１の期間の前記基準発振器の周波数制御値に基づいて、前記フィードバック制御を停止する第２の期間の前記基準発振器の出力周波数を制御する制御部を有することを要件とする。
【発明の効果】
【０００８】
開示の技術によれば、間欠動作させた状態における短期的な周波数安定性を向上させた原子発振器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態に係る原子発振器の概略構成図である。
【図２】制御部のハードウェア構成を例示するブロック図である。
【図３】制御部の機能ブロックを例示する図である。
【図４】第１実施の形態に係る原子発振器の動作を示すフローチャートの一例である。
【図５】第１実施の形態に係る原子発振器の間欠動作について説明する図である。
【図６】従来の原子発振器の間欠動作について説明する図である。
【図７】第１実施の形態の変形例に係る原子発振器の動作を示すフローチャートの一例である。
【図８】第２の実施の形態に係る原子発振器の概略構成図である。
【図９】第２実施の形態に係る原子発振器の動作を示すフローチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１１】
〈第１の実施の形態〉
（原子発振器）
図１は、第１の実施の形態に係る原子発振器の概略構成図である。図１を参照するに、原子発振器１は、量子干渉効果（ＣＰＴ（Coherent Population Trapping）共鳴）を利用したＣＰＴ方式の原子発振器である。但し、ＣＰＴ方式には限定されず、例えば、共鳴光とマイクロ波を利用した二重共鳴法等の他の方式としてもよい。
【００１２】
原子発振器１は、原子の共鳴周波数を用いた間欠的なフィードバック制御により基準発振器の出力周波数を調整し、調整された周波数を出力する。フィードバック制御は、例えば基準発振器の出力周波数又は基準発振器の出力周波数を逓倍した周波数が原子の共鳴周波数に一致するよう調整する制御である。
【００１３】
図１に示すように、原子発振器１は、半導体レーザ１０、ガスセル２０、コイル３０、光検出器４０、検波回路５０及び６０、基準発振器７０、マイクロ波シンセサイザ８０、駆動回路９０、制御部１００を有する。半導体レーザ１０、ガスセル２０、コイル３０及び光検出器４０は、原子共鳴部を構成する。原子発振器１は、半導体レーザ１０を周波数変調させることによりサイドバンドを発生させ、このサイドバンドである２つの異なる波長のレーザ光をガスセル２０に入射させる。これにより、２種類の共鳴光による量子干渉効果による光吸収特性により変調周波数を制御するものである。
【００１４】
半導体レーザ１０は、ガスセル２０にレーザ光を照射する光源である。半導体レーザ１０としては、例えば垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）を用いることができる。
【００１５】
ガスセル２０は、ガラス等で形成された容器内に、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属原子が封入されたものである。又、ガスセル２０の容器内には、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）等のバッファガスが封入されていてもよい。
【００１６】
コイル３０は、ガスセル２０に一様な磁界を印加することで、ガスセル２０に封入されたアルカリ金属原子をゼーマン分裂させる。
【００１７】
光検出器４０は、半導体レーザ１０によりガスセル２０に照射されたレーザ光のうち、ガスセル２０を透過した光を検出し、光の強度に応じた検出信号を出力する。光検出器４０の検出信号は検波回路５０及び６０に入力される。光検出器４０としては、例えばフォトダイオードを用いることができる。
【００１８】
検波回路５０及び６０は、半導体レーザ１０の発光波長をアルカリ金属原子の励起に必要な波長（中心周波数ｆ０）に制御するための回路である。
【００１９】
基準発振器７０は、検波回路６０の信号の大きさに応じて、出力周波数が調整される発振器である。基準発振器７０としては、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）等の水晶発振器を用いることができる。
【００２０】
なお、基準発振器７０の制御端子の入力信号を周波数制御値と称する場合がある。周波数制御値は、例えばアナログ電圧であり、この場合、制御端子に印加されるアナログ電圧に応じて基準発振器７０の出力周波数が変化する。但し、基準発振器７０の制御端子の入力信号はアナログ電圧には限定されず、デジタル信号であってもよい。この場合、基準発振器７０の制御端子にコマンドを送信することで、基準発振器７０の出力周波数が変化する。
【００２１】
マイクロ波シンセサイザ８０は、基準発振器７０の出力（例えば１０ＭＨｚ）をリファレンスとしてマイクロ波（周波数ｆｍ）を生成する。このマイクロ波を半導体レーザ１０の駆動回路９０に重畳することで、中心周波数ｆ０の光に加え、ｆ０±ｆｍ、ｆ０±２ｆｍ、・・・の光が発生する。ＣＰＴ現象を起こすための共鳴光対としてｆ０±ｆｍの光を用いた場合、ｆｍはアルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数（共鳴周波数）の１／２に一致するようにフィードバック制御される。
【００２２】
例えば、アルカリ金属原子としてＣｓを用いた場合、共鳴周波数が９．１９２６３１７７０ＧＨｚであるので、マイクロ波の出力周波数ｆｍは４．５９６３１５８８５ＧＨｚとなるよう制御される。すなわち、マイクロ波のリファレンスとなっている基準発振器７０の出力周波数がフィードバック制御されることになる。
【００２３】
制御部１００は、原子発振器１全体の動作を制御する部分である。図２は、制御部のハードウェア構成を例示するブロック図である。図２を参照するに、制御部１００は、ＣＰＵ１０１（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ１０２（Read Only Memory）と、ＲＡＭ１０３（Random Access Memory）と、Ｉ／Ｆ１０４（Interface）と、バスライン１０５とを有している。ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、及びＩ／Ｆ１０４は、バスライン１０５を介して相互に接続されている。なお、制御部１００は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や不揮発性メモリ等の他のデバイスを必要に応じて備えることができる。
【００２４】
ＣＰＵ１０１は、制御部１００の各機能を制御する。記憶手段であるＲＯＭ１０２は、ＣＰＵ１０１が制御部１００の各機能を制御するために実行するプログラムや、各種情報を記憶している。記憶手段であるＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１のワークエリア等として使用される。又、ＲＡＭ１０３は、所定の情報を一時的に記憶することができる。
【００２５】
Ｉ／Ｆ１０４は、他の機器等と接続するためのインターフェイスであり、必要に応じて設けられる。Ｉ／Ｆ１０４は、外部入力装置（キーボード等）、外部ネットワーク、外部記憶装置（ハードディスク、半導体メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）等と接続することができる。各機能を制御するために実行するプログラム等は、外部ネットワークや外部記憶装置等からＩ／Ｆ１０４を介して提供されてもよい。
【００２６】
図３は、制御部の機能ブロックを例示する図である。図３を参照するに、制御部１００は、フラグ検出手段１１１と、制御手段１１２と、フィッティング手段１１３とを有している。各機能ブロックの具体的な機能については後述する。
【００２７】
（原子発振器の動作）
図４は、第１実施の形態に係る原子発振器の動作を示すフローチャートの一例である。ここでは、原子発振器１の電源がオンされ、原子発振器１の動作が開始されているものとする。
【００２８】
図４に示すように、まず、ステップＳ２０１では、制御部１００のフラグ検出手段１１１は、間欠動作フラグがオフであるか否かを判定する。間欠動作フラグとは、原子発振器１に内蔵された基準発振器７０が自律動作している場合にオンされ、原子発振器１が共鳴周波数によりフィードバック制御されている場合にオフされるフラグである。
【００２９】
ステップＳ２０１において、間欠動作フラグがオフであると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ２０２に移行する。ステップＳ２０２では、制御部１００の制御手段１１２は、原子共鳴部やマイクロ波シンセサイザ８０等を動作させ、共鳴周波数により基準発振器７０をフィードバック制御する。
【００３０】
次に、ステップＳ２０３では、制御部１００のフィッティング手段１１３は、基準発振器７０の周波数制御値やガスセル２０の温度、ガスセル２０に照射される光量、マイクロ波シンセサイザ８０の生成したマイクロ波の出力レベル等の変化をデータとして蓄積する。フィッティング手段１１３は、例えば、これらのデータを所定の時間毎にＲＡＭ１０３に記憶し、必要なときにＲＡＭ１０３から読み出すことができる。
【００３１】
なお、ガスセル２０の温度、ガスセル２０に照射される光量、マイクロ波の出力レベル等は、制御部１００の制御手段１１２が共鳴周波数の安定化のために通常モニタしているデータを用いることができる。
【００３２】
次に、ステップＳ２０４では、制御部１００のフィッティング手段１１３は、ステップＳ２０３で蓄積されたデータに基づいて、時間変化を補正するための基準発振器７０の周波数制御値の近似式を算出する。すなわち、フィッティング手段１１３は、原子発振器１がフィードバック制御されているときの周波数制御値を所望の関数にフィッティングして係数や定数項を算出する。
【００３３】
近似式は、例えば、周知の最小二乗法等を用いて算出することができる。間欠動作の間隔は例えば１時間〜1日程度であるため、周波数制御値は２次関数や対数関数で近似することが可能である。ステップＳ２０４を実行後、ステップＳ２０１に移行する。
【００３４】
ステップＳ２０１において、間欠動作フラグがオンであると判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ２０５に移行する。ステップＳ２０５では、制御部１００の制御手段１１２は、原子共鳴部やマイクロ波シンセサイザ８０等の動作を停止させる（共鳴周波数によるフィードバック制御を行わない）。そして、制御手段１１２は、経過時間に応じて、ステップＳ２０４で算出した近似式に基づいて、基準発振器７０の周波数制御を行う。
【００３５】
以降、ステップＳ２０１〜Ｓ２０５の動作が繰り返される。以上により、原子発振器１の動作が実行される。なお、制御部１００による原子発振器１の動作は、原子発振器１の電源がオンされている限り繰り返し行われてもよく、所定の条件を満たす限り繰り返し行われてもよい。
【００３６】
又、間欠動作フラグのオン／オフを切り替えるタイミングは、特に限定されないが、一定周期で切り替えるように制御してもよく、任意のタイミングで切り替えるように制御してもよい。
【００３７】
次に、原子発振器１の動作と従来の原子発振器の動作の違いについて、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、第１実施の形態に係る原子発振器の間欠動作について説明する図である。図６は、従来の原子発振器の間欠動作について説明する図である。
【００３８】
前述のように、原子発振器１では、間欠動作フラグがオフ中の基準発振器７０の周波数制御値の時間変化等に基づいて近似式を算出し、間欠動作フラグがオン中は近似式に基づいて基準発振器７０の周波数制御を行う。
【００３９】
その結果、図５に示すように、間欠動作フラグがオフからオンに切り替わるとき、或いはオンからオフに切り替わるときに基準発振器７０の周波数制御値が階段状に変化せず連続的に変化し、原子発振器１の出力周波数（実線）は基準周波数（破線）と精度よく一致する。
【００４０】
これに対して、図６に示す従来の原子発振器では、間欠動作フラグがオンのときには、原子共鳴部やマイクロ波シンセサイザ等の動作を止めることで原子共鳴からのフィードバック制御がない基準発振器の自律動作となる。
【００４１】
そのため、間欠動作フラグがオンのときには、低消費電力とはなるが、基準発振器の周波数制御値は一定となり、原子発振器の出力周波数は不安定となる。例えば、図６に示すように、原子発振器の出力周波数（実線）が時間と共に低くなり、基準周波数（破線）に対する原子発振器の出力周波数のずれが大きくなる。
【００４２】
よって、間欠動作した場合、周波数で考えると長期的には安定となるが短期的には不安定となる。特に原子発振器を時計として用いる場合、時刻のずれは基準周波数からの周波数ずれの積算値となるため、時刻のずれは長期的に見ても大きくなる。なお、図６において、実線と破線で囲まれた斜線部分を積算したものが、原子発振器を時計として用いる場合の時刻のずれとなる。
【００４３】
図５と図６とを比較すれば明らかなように、原子発振器１では、従来の原子発振器に比べて、間欠動作させた状態における短期的な周波数安定性を向上させることができる。例えば、原子発振器１を時計として用いる場合、時刻のずれを低減することができる。
【００４４】
このように、原子発振器１では、間欠動作フラグがオフ中（フィードバック制御を行う第１の期間）の基準発振器の周波数制御値等に基づいて近似式を算出し、近似式に基づいて間欠動作フラグがオン中（フィードバック制御を停止する第２の期間）の基準発振器７０の出力周波数を制御する。
【００４５】
これにより、原子発振器１を間欠動作させた状態における短期的な周波数安定性を向上させることができる。原子発振器１としてフィードバック動作している時間が長くなるほど、近似式の精度は向上し、周波数安定性の改善が期待できる。
【００４６】
なお、ステップＳ２０３で間欠動作フラグがオフ中の基準発振器７０の周波数制御値の時間変化のみを蓄積し、ステップＳ２０４で周波数制御値の時間変化のみに基づいて近似式を算出してもよい。
【００４７】
しかし、原子発振器１としてフィードバック動作しているときでもガスセル２０の温度変化や光量変化、マイクロ波の出力レベル変化等の要因により共鳴周波数が変化するため、周波数制御値が多少ばらつき近似式の精度が落ちてしまうことも起こりうる。
【００４８】
そのため、単に周波数制御値だけを用いてフィッティングするのではなく、周波数制御値と共に、制御部１００で把握している共鳴周波数を変化させる要因となる多種多様なパラメータ（ガスセル２０の温度変化や光量変化、マイクロ波の出力レベル変化等）を考慮してフィッティングすることが望ましい。
【００４９】
すなわち、周波数制御値の変化から各種パラメータの変化による寄与分を差し引くことで、基準発振器７０の周波数制御値の経時変化を正しくフィッティングすることが可能となる。各種パラメータが周波数変化に与える影響は事前にある程度把握できており、動作中に学習することで個体差も排除することが可能である。
【００５０】
ところで、予め決められた近似式をもとにして基準発振器の自律動作中に周波数制御する方法も考えられる。しかしながら、基準発振器の個体差や動作環境により、近似した関数の係数や定数項は異なる。よって、予め決められた近似式を用いる方法では、周波数安定性の大幅な改善は期待できず、逆に悪化することも考えられる。本実施の形態に係る制御方法では、動作中に得られた情報を蓄積し学習していくことで、基準発振器の個体差や動作環境による影響を排除し、近似式の精度を都度改善していくことが可能となる。
【００５１】
〈第１の実施の形態の変形例〉
第１の実施の形態の変形例では、第１の実施の形態とは異なる方法により近似式を算出する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００５２】
図７は、第１実施の形態の変形例に係る原子発振器の動作を示すフローチャートの一例である。図７では、図４のステップＳ２０３がステップＳ２０６及びＳ２０７に置換されている。
【００５３】
図７において、ステップＳ２０１で間欠動作フラグがオフであると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ２０２に移行し、制御部１００の制御手段１１２はフィードバック制御を行う。次に、ステップＳ２０６では、制御部１００の制御手段１１２は、間欠動作フラグを切り替えて一定時間経過したか否かを判定する。
【００５４】
ステップＳ２０６において、一定時間経過したと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ２０１に移行する。ステップＳ２０６において、一定時間経過していないと判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ２０７に移行する。
【００５５】
ステップＳ２０７では、制御部１００のフィッティング手段１１３は、基準発振器７０の周波数制御値の変化をデータとして蓄積する。つまり、間欠動作フラグをオンからオフに切り替えた直後から一定時間経過するまでの基準発振器７０の周波数制御値の変化をデータとして蓄積する。
【００５６】
次に、ステップＳ２０４では、制御部１００のフィッティング手段１１３は、ステップＳ２０７で蓄積されたデータに基づいて、時間変化を補正するための基準発振器７０の周波数制御値の近似式を算出する。すなわち、フィッティング手段１１３は、間欠動作フラグをオンからオフに切り替えた直後から一定時間経過するまでの基準発振器７０の周波数制御値の時間変化をデータとして蓄積し学習していくことで、所望の関数にフィッティングして係数や定数項を算出する。
【００５７】
その他の処理については、図４に示すフローチャートの場合と同様である。図７に示す方法では、図４に示す方法と比較して近似式の精度は劣るが、比較的少ないデータ量で、ある程度の周波数安定性の改善が期待できる近似式が得られる。そのため、制御部１００のメモリ量が小さい場合等に有効な手段となる。
【００５８】
なお、第１の実施の形態、及び第１の実施の形態の変形例に係る制御方法では、間欠動作フラグがオンのときにも制御部１００を動作させる必要があるため、消費電力は多少増える懸念がある。しかしながら、周波数制御の間隔（例えば１ｓ）に対し、制御に要する時間はかなり短いため（例えば数ｍｓ）、制御していない時間は制御部１００の動作も止めてスリープさせておくことで、消費電力をさらに下げることが可能となる。
【００５９】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、温度センサのデータ（環境温度）を利用する制御方法の例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００６０】
図８は、第２の実施の形態に係る原子発振器の概略構成図である。図８を参照するに、原子発振器２は、環境温度（原子発振器２の外気温度）を検出する温度センサ１５０が追加された点が、原子発振器１（図１参照）と相違する。温度センサ１５０の検出した環境温度は、制御部１００に入力される。
【００６１】
図９は、第２実施の形態に係る原子発振器の動作を示すフローチャートの一例である。図９では、図４のステップＳ２０３〜Ｓ２０５に代えてステップＳ２０８〜Ｓ２１０が設けられている。
【００６２】
まず、図４の場合と同様にステップＳ２０１を実行し、ステップＳ２０１において間欠動作フラグがオフであると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、図４の場合と同様にステップＳ２０２を実行する。
【００６３】
次に、ステップＳ２０８では、制御部１００のフィッティング手段１１３は、基準発振器７０の周波数制御値やガスセル２０の温度、ガスセル２０に照射される光量、マイクロ波シンセサイザ８０の生成したマイクロ波の出力レベル、温度センサ１５０の検出した環境温度等の変化をデータとして蓄積する。フィッティング手段１１３は、例えば、これらのデータを所定の時間毎にＲＡＭ１０３に記憶し、必要なときにＲＡＭ１０３から読み出すことができる。
【００６４】
次に、ステップＳ２０９では、制御部１００のフィッティング手段１１３は、ステップＳ２０８で蓄積されたデータに基づいて、環境温度変化と経時変化を補正するための基準発振器７０の周波数制御値の近似式を算出する。そして、ステップＳ２０１で間欠動作フラグがオンであると判定された場合（ＮＯの場合）に、ステップＳ２１０で、制御部１００の制御手段１１２はフィードバック制御を停止し、環境温度と経過時間に応じて、ステップＳ２０９で算出した近似式に基づいて、基準発振器７０の周波数制御を行う。
【００６５】
すなわち、温度センサ１５０により環境温度の変化を観測することで、間欠動作時に基準発振器７０の周波数制御の経時変化だけではなく温度特性もモデル化し、環境温度の変化に応じて基準発振器７０の自律動作中に周波数制御を行う。これにより、周波数安定性の更なる改善が可能となる。
【００６６】
基準発振器７０の出力周波数変化は経時変化の他に、温度変化によるところが大きい。そのため、基準発振器７０の自律動作中に環境温度が変化した場合、経時変化のモデルによる制御だけでは周波数安定性の改善効果は薄くなってしまう。
【００６７】
又、原子発振器を間欠動作させたときの消費電力変化が大きい場合、環境温度が変化しなくても、原子発振器の内部にある基準発振器７０の温度は変化する可能性が高い。そのため、周波数安定性を改善するためには、温度変化に応じた周波数制御が必要となる。
【００６８】
このような温度特性は経時変化と同様、個体差が大きいため個体毎にモデル化が必要となる。温度特性のモデル化に関しては経時変化と同じく間欠動作フラグがオフのとき、すなわち原子発振器として動作しているときの周波数制御値の変化と、温度センサにより観測している環境温度の変化を対応させながら係数を決定すれば良い。
【００６９】
多数のデータを用いることで、経時変化及び温度特性をそれぞれモデル化することは可能である。又、出荷検査時や以前に起動したときのデータを記憶しておき、そのデータをベースとして近似式を算出してもよい。この場合には、短時間で高精度なフィッティングが可能となる。
【００７０】
なお、温度センサは基準発振器の直近に配置し、基準発振器の温度変化を観測することが望ましい。又、温度センサを複数配置し、温度分布を見ることで、より正確に基準発振器の温度変化を捉えることも可能である。
【００７１】
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００７２】
例えば、第１の実施の形態の変形例において、温度センサ１５０を設け、間欠動作フラグをオンからオフに切り替えた直後から一定時間経過するまでの基準発振器７０の周波数制御値の変化をデータと、間欠動作フラグをオンからオフに切り替えた直後から一定時間経過するまでの環境温度の変化をデータに基づいて、近似式を算出してもよい。
【００７３】
又、第１の実施の形態の変形例において、周波数制御値と共に、制御部１００で把握している共鳴周波数を変化させる要因となる多種多様なパラメータを考慮して近似式を算出してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１、２  原子発振器
１０  半導体レーザ
２０  ガスセル
３０  コイル
４０  光検出器
５０、６０  検波回路
７０  基準発振器
８０  マイクロ波シンセサイザ
９０  駆動回路
１００  制御部
１０１  ＣＰＵ
１０２  ＲＯＭ
１０３  ＲＡＭ
１０４  Ｉ／Ｆ
１０５  バスライン
１１１  フラグ検出手段
１１２  制御手段
１１３  フィッティング手段
１５０  温度センサ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７５】
【特許文献１】特許第５４０２０３６号
【図１】
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【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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