(57)【要約】【課題】原子セルの特性を優れたものとしつつ、原子セルを収納した状態でマイクロ波を共振させるキャビティの小型化を図ることができる原子セルユニットを提供すること、また、かかる原子セルユニットを備える原子発振器、電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】光透過性を有する１対の窓部、および、前記１対の窓部の間に配置され、アルカリ金属を収納している内部空間を前記１対の窓部とともに形成している胴部を有する原子セルと、前記１対の窓部のうちの少なくとも一方の窓部に重ねて配置され、誘電体材料で構成されている光透過性を有する透光部材と、を備えることを特徴とする原子セルユニット。【選択図】図２
2018029240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する１対の窓部、および、前記１対の窓部の間に配置され、アルカリ金属を収納している内部空間を前記１対の窓部とともに形成している胴部を有する原子セルと、
前記１対の窓部のうちの少なくとも一方の窓部に重ねて配置され、誘電体材料で構成されている光透過性を有する透光部材と、を備えることを特徴とする原子セルユニット。
【請求項２】
前記透光部材は、前記１対の窓部のうちの少なくとも一方の窓部に対して前記内部空間とは反対側に配置されている請求項１に記載の原子セルユニット。
【請求項３】
前記透光部材は、前記１対の窓部が並ぶ方向から見たとき、各前記窓部の中心と重なる請求項１または２に記載の原子セルユニット。
【請求項４】
前記胴部の外表面に沿って配置されている誘電体を備える請求項１ないし３のいずれか１項に記載の原子セルユニット。
【請求項５】
前記誘電体の構成材料の誘電率は、前記透光部材の構成材料の誘電率よりも高い請求項４に記載の原子セルユニット。
【請求項６】
前記１対の窓部は、互いに厚さが異なり、
前記１対の窓部のうち厚さが薄い方の窓部には、封止部が設けられている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の原子セルユニット。
【請求項７】
前記透光部材は、前記１対の窓部のうち厚さが薄い方の窓部に重ねて配置されている請求項６に記載の原子セルユニット。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の原子セルユニットを備えることを特徴とする原子発振器。
【請求項９】
前記原子セルユニットを収納し、マイクロ波を共振させるキャビティを備える請求項８に記載の原子発振器。
【請求項１０】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の原子セルユニットを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の原子セルユニット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、原子セルユニット、原子発振器、電子機器および移動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高い長期周波数安定度を有する発振器として、例えば、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用して、ルビジ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）。かかる原子発振器では、アルカリ金属を収納した原子セルに共鳴するマイクロ波を用いる。そのため、例えば、特許文献１に記載のルビジウム原子発振器は、光マイクロ波共鳴部であるキャビティと、このキャビティ内に挿入され、ルビジウム金属が封入されたガスセル（原子セル）と、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１２２７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、原子発振器の小型化の要請により、前述したような原子発振器が備えるキャビティの小型化が求められている。ここで、キャビティの大きさは、マイクロ波の波長およびキャビティ内の誘電率に応じて決まってしまう。
【０００５】
原子セルは、一般に、誘電体であるガラスで構成されている。そのため、従来では、原子セルの肉厚を厚くすることで、キャビティ内の誘電率を高くし、それに伴って、キャビティの小型化を図ることが行われていた。しかし、原子セルの肉厚を単に厚くしてしまうと、原子セルをガラス加工により成形する際に加える熱量が多くなり、ガラスの結晶化等の変質を生じる部分が、アルカリ金属原子と接触する部分にまで拡大してしまい、その結果、原子セルの特性を劣化させてしまうという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、原子セルの特性を優れたものとしつつ、原子セルを収納した状態でマイクロ波を共振させるキャビティの小型化を図ることができる原子セルユニットを提供すること、また、かかる原子セルユニットを備える原子発振器、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】
【０００７】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の原子セルユニットは、光透過性を有する１対の窓部、および、前記１対の窓部の間に配置され、アルカリ金属を収納している内部空間を前記１対の窓部とともに形成している胴部を有する原子セルと、
前記１対の窓部のうちの少なくとも一方の窓部に重ねて配置され、誘電体材料で構成されている光透過性を有する透光部材と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
このような原子セルユニットによれば、誘電体材料で構成されている透光部材を１対の窓部のうちの少なくとも一方の窓部に重ねて配置することで、原子セルユニット全体の誘電率を高めることができる。特に、透光部材が光透過性を有するため、窓部の光を通過すべき部分にも透光部材を重ねて配置することができる。そのため、原子セルユニット全体の誘電率をより効果的に高めることができる。したがって、原子セルユニットを収納した状態でマイクロ波を共振させるキャビティの小型化を図ることができる。
【０００９】
また、透光部材の厚さを厚くすれば、原子セルユニット全体の誘電率を高めることができるため、窓部の厚さを薄くすることができる。そのため、原子セルをガラス加工により成形する際に加える熱量が少なくて済む。したがって、アルカリ金属原子が接触する部分までガラスが変質することを抑制することができ、ガラスの変質による原子セルの特性劣化を低減することができる。そのため、原子セルの特性を優れたものとすることができる。
【００１０】
本発明の原子セルユニットでは、前記透光部材は、前記１対の窓部のうちの少なくとも一方の窓部に対して前記内部空間とは反対側に配置されていることが好ましい。
これにより、透光部材を容易に窓部に重ねて配置することができる。
【００１１】
本発明の原子セルユニットでは、前記透光部材は、前記１対の窓部が並ぶ方向から見たとき、各前記窓部の中心と重なることが好ましい。
これにより、窓部の光を通過すべき部分に透光部材を重ねて配置することができる。
【００１２】
本発明の原子セルユニットでは、前記胴部の外表面に沿って配置されている誘電体を備えることが好ましい。
これにより、原子セルユニット全体の誘電率を高めることができる。
【００１３】
本発明の原子セルユニットでは、前記誘電体の構成材料の誘電率は、前記透光部材の構成材料の誘電率よりも高いことが好ましい。
【００１４】
原子セルの胴部の外表面に沿って配置される誘電体には、光透過性が要求されない。そのため、当該誘電体の構成材料として、不透明材料をも用いることができ、透光部材の構成材料よりも選択の幅が広く、より高い誘電率の材料を用いることが可能である。このようなことから、当該誘電体の構成材料の誘電率を透光部材の構成材料の誘電率よりも高くすることは、原子セルユニット全体の誘電率を容易に高めることができるという利点がある。
【００１５】
本発明の原子セルユニットでは、前記１対の窓部は、互いに厚さが異なり、
前記１対の窓部のうち厚さが薄い方の窓部には、封止部が設けられていることが好ましい。
【００１６】
これにより、封止部をガラス加工により形成する際に加える熱量を少なくできるので、ガラスの変質による原子セルの特性劣化を低減することができる。
【００１７】
本発明の原子セルユニットでは、前記透光部材は、前記１対の窓部のうち厚さが薄い方の窓部に重ねて配置されていることが好ましい。
【００１８】
これにより、１対の窓部が並ぶ方向における原子セルユニットの形状の対称性を高めることができる。そのため、原子セルユニットを収納した状態でマイクロ波を共振させるキャビティ内において、良好な状態のマイクロ波の定在波を生じさせることができる。
【００１９】
本発明の原子発振器は、本発明の原子セルユニットを備えることを特徴とする。
このような原子発振器によれば、原子セルの特性を優れたものとしつつ、原子セルを収納した状態でマイクロ波を共振させるキャビティの小型化を図ることができる。そのため、原子発振器の小型化を図ることができる。
【００２０】
本発明の原子発振器では、前記原子セルユニットを収納し、マイクロ波を共振させるキャビティを備えることが好ましい。
【００２１】
これにより、小型なキャビティを有する原子発振器（例えば、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用した原子発振器）を実現することができる。
【００２２】
本発明の電子機器は、本発明の原子セルユニットを備えることを特徴とする。
このような電子機器によれば、原子セルの特性を優れたものとしつつ、原子セルを収納した状態でマイクロ波を共振させるキャビティの小型化を図ることができる。
【００２３】
本発明の移動体は、本発明の原子セルユニットを備えることを特徴とする。
このような移動体によれば、原子セルの特性を優れたものとしつつ、原子セルを収納した状態でマイクロ波を共振させるキャビティの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る原子発振器の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す原子発振器が備える原子セルユニットおよびキャビティを説明するための断面図である。
【図３】図２に示す原子セルユニットの分解斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る原子セルユニットおよびキャビティを説明するための断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る原子セルユニットおよびキャビティを説明するための断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る原子セルユニットおよびキャビティを説明するための断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る原子セルユニットおよびキャビティを説明するための断面図である。
【図８】本発明の電子機器の実施形態を示す図である。
【図９】本発明の移動体の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の原子セルユニット、原子発振器、電子機器および移動体を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
１．原子発振器
＜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の概略構成を示す模式図である。
【００２７】
図１に示す原子発振器１は、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用して、ルビジ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である。この原子発振器１は、原子セルユニット２０と、原子セルユニット２０に光ＬＬを照射する光源３と、原子セルユニット２０を透過した光ＬＬを検出する光検出器４と、マイクロ波を発生させるアンテナ５と、原子セルユニット２０、光検出器４およびアンテナ５を収納しているキャビティ６と、光源３およびアンテナ５の駆動を制御する回路部７と、を備えている。まず、以下、原子発振器１の各部を順次簡単に説明する。
【００２８】
（原子セルユニット）
原子セルユニット２０は、原子セル２を含んで構成されている。原子セル２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（アルカリ金属原子）が封入されている。また、原子セル２内には、必要に応じて、アルゴン、ネオン等の希ガス、窒素等の不活性ガスが緩衝ガスとしてガス状のアルカリ金属とともに封入されていてもよい。なお、原子セルユニット２０については、後に詳述する。
【００２９】
アルカリ金属原子は、異なる２つの基底準位（第１基底準位とそれよりもエネルギー準位の高い第２基底準位）と、励起準位とからなる３準位系のエネルギー準位を有する。このようなアルカリ金属原子に対して、第１基底準位と励起準位とのエネルギー差に相当する周波数を有する共鳴光、および、第１基底準位と第２基底準位とのエネルギー差に相当する周波数を有するマイクロ波を同時に照射すると、光マイクロ波二重共鳴現象が生じる。例えば、第１基底準位と励起準位とのエネルギー差に相当する周波数を有する共鳴光をアルカリ金属原子に照射した状態で、当該アルカリ金属原子に照射するマイクロ波の周波数を変化させていくと、そのマイクロ波の周波数が第１基底準位と第２基底準位とのエネルギー差に相当する周波数となったときに、当該共鳴光の吸収量が急峻に増加する。
【００３０】
（光源）
光源３は、原子セル２内のアルカリ金属原子に照射する光ＬＬを出射する機能を有する。光源３から出射した光は原子セル２に入射する。光源３としては、前述した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、アルカリ金属を封入したランプ、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）等の半導体レーザー等を用いることができる。
【００３１】
（光検出器）
光検出器４は、原子セル２内を透過した光ＬＬを検出し、検出した光ＬＬの強度に応じた検出信号を出力する。光検出器４としては、前述した光ＬＬの強度を検出し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、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。
【００３２】
（アンテナ）
アンテナ５は、原子セル２内のアルカリ金属原子に照射するマイクロ波を放出（放射）する機能を有する。このアンテナ５としては、マイクロ波を放出し得るものであれば、特に限定されず、各種アンテナを用いることができる。例えば、アンテナ５は、誘電体材料で構成された基板と、この基板の表面に設けられ、導電性材料で構成された放射パターンおよび反射器と、を有する。
【００３３】
（キャビティ）
キャビティ６は、原子セルユニット２０を収納する内部空間を有し、その内部空間に前述したアルカリ金属原子の第１基底準位と第２基底準位とのエネルギー差に相当する周波数の定在波を生じさせるように構成されている。図示では、キャビティ６は、原子セルユニット２０の他に、光検出器４およびアンテナ５をも収納している。なお、光検出器４およびアンテナ５は、前述した機能を発揮することができれば、キャビティ６の外側に設けられておいてもよい。また、キャビティ６については、原子セルユニット２０とともに後に詳述する。
【００３４】
（回路部）
回路部７は、光検出器４の検出結果に基づいて、光マイクロ波二重共鳴現象を生じさせるように、光源３からの光ＬＬの周波数、および、アンテナ５から放出されるマイクロ波の周波数を制御する。この回路部７は、検波部７１、電圧制御型水晶発振器７２、逓倍合成部７３、低周波発振器７４および駆動回路７５を有している。
【００３５】
検波部７１は、数Ｈｚ〜数百Ｈｚ程度の低い周波数で発振する低周波発振器７４の出力信号を用いて光検出器４の出力信号を同期検波する。例えば、検波部７１は、検波回路と、その検波回路からの検波信号が入力される積分増幅回路と、を有し、その積分増幅回路で誤差信号を生成し、その誤差信号を出力信号として出力する。この検波部７１の出力信号は、電圧制御型水晶発振器７２に入力される。
【００３６】
電圧制御型水晶発振器７２は、検波部７１の出力信号の大きさに応じて、電圧制御型水晶発振器７２（ＶＣＸＯ）の発振周波数が微調整される。電圧制御型水晶発振器７２（ＶＣＸＯ）の発振周波数は、特に限定されないが、例えば、１０ＭＨｚ程度である。電圧制御型水晶発振器７２の出力信号は、逓倍合成部７３に入力されるとともに、原子発振器１の出力信号として用いられる。
【００３７】
逓倍合成部７３は、電圧制御型水晶発振器７２の出力信号の周波数を逓倍するとともに位相変調してマイクロ波信号を出力する。この逓倍合成部７３は、例えば、ＰＬＬ回路を含んで構成されている。この逓倍合成部７３からの出力信号（マイクロ波信号）は、アンテナ５に入力される。これにより、アンテナ５がマイクロ波を放出させる。ここで、アンテナ５から放出するマイクロ波が前述したアルカリ金属原子の第１基底準位と第２基底準位とのエネルギー差に相当する周波数となるように制御される。これにより、電圧制御型水晶発振器７２（ＶＣＸＯ）の発振周波数、すなわち、原子発振器１の出力信号の周波数を、アルカリ金属原子のエネルギー遷移に応じた周波数とすることができる。
【００３８】
駆動回路７５は、図示しないが、例えば、光検出器４の出力信号に基づいて、光源３に供給するバイアス電流を設定する（光源３から出射する光の中心波長を設定する）。ここで、駆動回路７５は、光源からの光ＬＬの周波数が前述したアルカリ金属原子の第１基底準位と励起準位とのエネルギー差に相当する周波数となるように制御される。
【００３９】
以上、原子発振器１の構成を簡単に説明した。かかる原子発振器１は、前述したように、原子セルユニット２０と、原子セルユニット２０を収納し、マイクロ波を共振させるキャビティ６と、を備える。ここで、原子セルユニット２０は、以下に詳述するように、原子セル２の特性を優れたものとしつつ、キャビティ６の小型化を図ることができる。そのため、原子発振器１の小型化を図ることができる。
【００４０】
（原子セルユニットの詳細な説明）
図２は、図１に示す原子発振器が備える原子セルユニットおよびキャビティを説明するための断面図である。図３は、図２に示す原子セルユニットの分解斜視図である。
【００４１】
図２に示すように、キャビティ６は、一端部に開口部６１を有する筒状をなしている。このキャビティ６は、例えば、金属材料で構成されている。そして、キャビティ６は、前述したアルカリ金属原子の第１基底準位と第２基底準位とのエネルギー差に相当する周波数の定在波を形成するように構成されている。すなわち、キャビティ６は、アンテナ５からのマイクロ波の周波数が前述したアルカリ金属原子の第１基底準位と第２基底準位とのエネルギー差に相当する周波数となったときに、アンテナ５からのマイクロ波を共振させるように構成されている。
【００４２】
このようなキャビティ６内には、原子セルユニット２０および光検出器４が収納されている。ここで、光検出器４は、原子セルユニット２０に対して開口部６１とは反対側に配置されている。そして、開口部６１を介して、前述した光源３からの光ＬＬがキャビティ６内の原子セルユニット２０に入射し、原子セルユニット２０を通過した光ＬＬが光検出器４で検出される。なお、光検出器４をキャビティ６の外側に配置する場合、例えば、キャビティ６の開口部６１とは反対側にも開口部を設け、その開口部を介して光ＬＬを受光するように光検出器４を配置すればよい。
【００４３】
原子セルユニット２０は、原子セル２と、この原子セル２の外表面に重ねて配置されている透光部材２５と、を有し、これらが一括してキャビティ６内に収納されている。
【００４４】
原子セル２は、胴部２１と、胴部２１を挟んで設けられた１対の窓部２２、２３と、を有している。この原子セル２では、胴部２１および１対の窓部２２、２３が、１対の窓部２２、２３の間に、気体状のアルカリ金属が封入されている内部空間Ｓを区画形成（構成）している。
【００４５】
ここで、胴部２１は、中空部２１１を有する筒状をなしている。そして、胴部２１の一端部には、窓部２２が接合され、一方、胴部２１の他端部には、窓部２３が接合されている。これにより、中空部２１１の両端開口が窓部２２、２３により封鎖され、中空部２１１による内部空間Ｓが気密空間として形成されている。
【００４６】
また、窓部２２には、貫通孔２２１が設けられており、この貫通孔２２１を塞ぐように封止部２４が設けられている。この封止部２４は、中空部２４１を有する有底筒状をなし、その開口端部において中空部２４１が貫通孔２２１に連通している。この封止部２４は、原子セル２を製造する際に、両端が開口した筒状をなしており、内部空間Ｓ内にアルカリ金属を導入するのに用いられ、その導入後、溶融・固化させて一端部が塞がれることで形成される。また、封止部２４内の空間（中空部２４１）は、液体状または固体状となった余剰分のアルカリ金属を配置する「金属溜め」として用いることができる。この液体状または固体状のアルカリ金属は、内部空間Ｓ内の気体状のアルカリ金属と飽和蒸気圧で平衡状態となっており、これにより、内部空間Ｓ内の気体状のアルカリ金属を所定濃度に保つことができる。また、液体状または固体状のアルカリ金属を内部空間Ｓの光ＬＬが通過する領域から離れた位置に配置することができ、液体状または固体状のアルカリ金属が周波数特性に影響を与えるのを低減することができる。なお、図示では、封止部２４の先端部がキャビティ６の開口部６１を通じてキャビティ６の外部に露出しており、これにより、封止部２４の温度を原子セル２の他の部分よりも低くし、封止部２４内に液体状または固体状のアルカリ金属が凝結しやすくなっている。
【００４７】
窓部２２、２３は、それぞれ、板状（本実施形態では円板状）をなし、前述した光源３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２２は、原子セル２の内部空間Ｓ内へ光ＬＬが入射する入射側窓部であり、他方の窓部２３は、原子セル２の内部空間Ｓ内から光ＬＬが出射する出射側窓部である。したがって、窓部２２、２３は、光透過性を有する材料、例えば、テンパックス（登録商標）、石英ガラス等のガラス材料で構成されている。
【００４８】
胴部２１および封止部２４の構成材料としては、窓部２２、２３の構成材料と同様の材料、すなわち、例えば、テンパックス（登録商標）、石英ガラス等のガラス材料が好適に用いられる。ここで、胴部２１、窓部２２、２３および封止部２４の構成材料が互いに異なっていてもよいが、互いに同じであることにより、ガラス加工のような加工により比較的簡単に原子セル２を製造することができる。また、ガラス材料は誘電体材料であるため、原子セル２の誘電率を高めることができる。
【００４９】
本実施形態では、窓部２２の厚さｔ１は、窓部２３の厚さｔ２よりも薄くなっている（ｔ１＜ｔ２）。窓部２２の厚さｔ１を薄くすることで、封止部２４を比較的少ない熱量で窓部２２に接合することができる。一方、窓部２２の厚さｔ１を薄くすると、原子セル２の誘電率がその分低くなってしまう。そこで、原子セル２の窓部２２の外表面には、透光部材２５が重ねて配置されている。なお、図示では、原子セル２の胴部２１の肉厚（内部空間Ｓに対して外周側にある誘電体の厚さｔｃ）は、窓部２２の厚さｔ１よりも厚くなっているが、窓部２２の厚さｔ１と等しくてもよいし、窓部２２の厚さｔ１よりも薄くてもよい。
【００５０】
透光部材２５は、板状（本実施形態では円板状）をなし、前述した原子セル２の窓部２２の外表面に沿って配置されている。図示では、透光部材２５は、厚さ方向に貫通する貫通孔２５１を有しており、この貫通孔２５１には、前述した封止部２４が挿通されている。これにより、窓部２２に封止部２４が設けられていても、窓部２２の全面を覆いつつ透光部材２５を窓部２２に近づけることができる。ここで、透光部材２５は、例えば、窓部２２に対して接着剤により接合されている。かかる接着剤は、特に限定されず、各種接着剤を用いることができる。また、かかる接着剤は、光透過性を有する場合、光ＬＬの通過領域に配置されていてもよいが、光ＬＬの利用効率を高める観点から、光ＬＬの通過領域を避けて配置されていることが好ましい。なお、透光部材２５は、原子セル２に対して固定せずにキャビティ６に対して固定してもよい。
【００５１】
この透光部材２５は、光ＬＬに対する透過性を有する。これにより、透光部材２５を介して原子セル２に光ＬＬを照射することができる。また、透光部材２５は、誘電体材料で構成されている。これにより、キャビティ６内の誘電率を高めることができる。このような透光部材２５の構成材料としては、透光部材２５が光ＬＬに対する透過性を有することが可能な誘電体材料であれば、特に限定されず、例えば、水晶、ガラス材料、セラミックス材料、樹脂材料等が挙げられる。中でも、水晶、ガラス材料が好ましい。これらは、透明性が高いため、光ＬＬの損失を低減することができる。また、これらの材料は、誘電率が高いとともに誘電正接（誘電損失）が低いため、キャビティ６内のマイクロ波の損失を低減しつつ、キャビティ６内の誘電率を効果的に高めることができる。
【００５２】
本実施形態では、透光部材２５の厚さｔ３が窓部２３の厚さｔ２よりも薄くなっている（ｔ３＜ｔ２）。また、前述したように、ｔ１＜ｔ２となっている。これにより、窓部２２の厚さｔ１および透光部材２５の厚さｔ３の合計厚さ（内部空間Ｓに対して光ＬＬの入射側にある誘電体の厚さｔａ）と、窓部２３の厚さｔ２（内部空間Ｓに対して光ＬＬの出射側にある誘電体の厚さｔｂ）との差を小さくすることができる。すなわち、光ＬＬの通過方向（軸線ａに沿った方向）における原子セル２および透光部材２５からなる構造体の形状の対称性を高くすることができる。その結果、キャビティ６内に形成されるマイクロ波の定在波の形状の対称性も高くすることができ、原子発振器１の特性を高めることができる。
【００５３】
なお、図示では、内部空間Ｓに対して光ＬＬの入射側にある誘電体の厚さｔａ（＝ｔ１＋ｔ３）と、内部空間Ｓに対して光ＬＬの出射側にある誘電体の厚さｔｂ（＝ｔ２）とが互いに等しくなっている。ここで、厚さｔａおよび厚さｔｂは、必ずしも互いに等しくなくてもよいが、原子発振器１の特性を高める観点から、両者の乖離がある程度小さいのが好ましく、特に、厚さｔａと厚さｔｂとの比（ｔａ／ｔｂ）は、０．８以上１．２以下であることが好ましい。これにより、１対の窓部２２、２３が並ぶ方向における原子セルユニット２０の形状の対称性を高めることができる。そのため、原子セルユニット２０を収納した状態でマイクロ波を共振させるキャビティ６内において、良好な状態のマイクロ波の定在波を生じさせることができる。
【００５４】
以上説明した原子セルユニット２０は、前述したように、原子セル２と、誘電体材料で構成されている光透過性を有する透光部材２５と、を備えている。ここで、原子セル２は、光透過性を有する１対の窓部２２、２３、および、１対の窓部２２、２３の間に配置され、アルカリ金属を収納している内部空間Ｓを１対の窓部２２、２３とともに形成している胴部２１を有し、透光部材２５は、窓部２２に重ねて配置されている。
【００５５】
このような原子セルユニット２０によれば、誘電体材料で構成されている透光部材２５を窓部２２に重ねて配置することで、原子セルユニット２０全体の誘電率を高めることができる。特に、透光部材２５が光透過性を有するため、窓部２２の光を通過すべき部分にも透光部材２５を重ねて配置することができる。そのため、原子セルユニット２０全体の誘電率をより効果的に高めることができる。したがって、原子セルユニット２０を収納した状態でマイクロ波を共振させるキャビティ６の小型化を図ることができる。特に、原子セル２の軸線ａに沿った方向での長さＬを短くすることができる。なお、原子セル２の内部空間Ｓの軸線ａに沿った方向での長さＬ１および同方向に垂直な方向での長さＬ２（幅）は、それぞれ、良好な二重共鳴現象を生じさせるために、ある程度の長さが必要である。
【００５６】
また、透光部材２５の厚さｔ３を厚くすれば、原子セルユニット２０全体の誘電率を高めることができるため、窓部２２の厚さｔ１を薄くすることができる。そのため、原子セル２をガラス加工により成形する際に加える熱量が少なくて済む。したがって、アルカリ金属原子が接触する部分までガラスが変質することを抑制することができ、ガラスの変質による原子セル２の特性劣化を低減することができる。そのため、原子セル２の特性を優れたものとすることができる。
【００５７】
ここで、透光部材２５は、窓部２２に対して内部空間Ｓとは反対側に配置されている。これにより、透光部材２５を容易に窓部２２に重ねて配置することができる。なお、原子セル２の製造工程が複雑化するが、内部空間Ｓに透光部材２５を配置してもよい。
【００５８】
また、透光部材２５は、１対の窓部２２、２３が並ぶ方向（軸線ａに沿った方向）から見たとき、各窓部２２、２３の中心と重なる。すなわち、透光部材２５は、光ＬＬの通過領域を横断するように設けられている。これにより、窓部２２の光を通過すべき部分に透光部材２５を重ねて配置することができる。
【００５９】
本実施形態では、１対の窓部２２、２３は、互いに厚さが異なり（特に、ｔ１＜ｔ２）、１対の窓部２２、２３のうち厚さが薄い方の窓部２２には、封止部２４が設けられている。これにより、封止部２４をガラス加工により形成する際に加える熱量を少なくできるので、ガラスの変質による原子セル２の特性劣化を低減することができる。
【００６０】
また、透光部材２５は、１対の窓部２２、２３のうち厚さが薄い方の窓部２２に重ねて配置されている。これにより、１対の窓部２２、２３が並ぶ方向における原子セルユニット２０の形状（光ＬＬの入射側と出射側における形状）の対称性を高めることができる。そのため、原子セルユニット２０を収納した状態でマイクロ波を共振させるキャビティ６内において、より良好な状態のマイクロ波の定在波を生じさせることができる。
【００６１】
＜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。
【００６２】
図４は、本発明の第２実施形態に係る原子セルユニットおよびキャビティを説明するための断面図である。
【００６３】
本実施形態は、透光部材の配置が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。
なお、以下の説明では、第２実施形態に関し、前述した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４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。
【００６４】
図４に示す原子セルユニット２０Ａは、原子セル２と、この原子セル２の外表面に重ねて配置されている透光部材２６と、を有し、これらが一括してキャビティ６内に収納されている。透光部材２６は、板状（本実施形態では円板状）をなし、前述した原子セル２の窓部２３の外表面に沿って配置されている。
【００６５】
透光部材２６の構成材料は、前述した実施形態の透光部材２５と同様である。本実施形態では、透光部材２６の厚さｔ４が窓部２３の厚さｔ２よりも薄くなっている。なお、透光部材２６の厚さｔ４は、窓部２３の厚さｔ２と等しくてもよいし、窓部２３の厚さｔ２よりも厚くてもよい。また、透光部材２６は、前述した実施形態の透光部材２５の貫通孔２５１のような貫通孔は不要である。
【００６６】
以上説明したような第２実施形態によっても、原子セル２の特性を優れたものとしつつ、原子セル２を収納した状態でマイクロ波を共振させるキャビティ６の小型化を図ることができる。
【００６７】
＜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。
【００６８】
図５は、本発明の第３実施形態に係る原子セルユニットおよびキャビティを説明するための断面図である。
【００６９】
本実施形態は、原子セルの窓部の厚さおよび透光部材の配置が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【００７０】
なお、以下の説明では、第３実施形態に関し、前述した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。
【００７１】
図５に示す原子セルユニット２０Ｂは、原子セル２Ｂと、この原子セル２Ｂの外表面に重ねて配置されている透光部材２５、２６と、を有し、これらが一括してキャビティ６内に収納されている。ここで、原子セル２Ｂは、胴部２１と、胴部２１を挟んで設けられた１対の窓部２２、２３Ｂと、を有し、胴部２１および１対の窓部２２、２３Ｂが内部空間Ｓを区画形成（構成）している。そして、透光部材２５は、原子セル２Ｂの窓部２２の外表面に沿って配置され、一方、透光部材２６は、原子セル２Ｂの窓部２３Ｂの外表面に沿って配置されている。このように、窓部２２、２３Ｂの双方に重ねて透光部材２５、２６を設けることで、原子セルユニット２０Ｂ全体の誘電率を効果的に高めることができる。
【００７２】
本実施形態では、窓部２３Ｂの厚さｔ２は、窓部２２の厚さｔ１に等しい。また、透光部材２５の厚さｔ３と透光部材２６の厚さｔ４とが互いに等しい。したがって、内部空間Ｓに対して光ＬＬの入射側にある誘電体の厚さｔａと、内部空間Ｓに対して光ＬＬの出射側にある誘電体の厚さｔｂとが互いに等しくなっている。なお、厚さｔａおよび厚さｔｂが互いに等しくなくてもよいが、原子発振器１の特性を高める観点から、厚さｔａと厚さｔｂとの比（ｔａ／ｔｂ）は、０．８以上１．２以下であることが好ましい。
【００７３】
以上説明したような第３実施形態によっても、原子セル２Ｂの特性を優れたものとしつつ、原子セル２Ｂを収納した状態でマイクロ波を共振させるキャビティ６の小型化を図ることができる。
【００７４】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
【００７５】
図６は、本発明の第４実施形態に係る原子セルユニットおよびキャビティを説明するための断面図である。
【００７６】
本実施形態は、透光部材の配置および厚さが異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【００７７】
なお、以下の説明では、第４実施形態に関し、前述した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。
【００７８】
図６に示す原子セルユニット２０Ｃは、原子セル２と、この原子セル２の外表面に重ねて配置されている透光部材２５Ｃ、２６と、を有し、これらが一括してキャビティ６内に収納されている。ここで、透光部材２５Ｃは、原子セル２の窓部２２の外表面に沿って配置され、一方、透光部材２６は、原子セル２の窓部２３の外表面に沿って配置されている。
【００７９】
本実施形態では、窓部２２の厚さｔ１が窓部２３の厚さｔ２よりも薄いのに対し、窓部２２上の透光部材２５Ｃの厚さｔ３が窓部２３上の透光部材２６の厚さｔ４よりも厚くなっている。これにより、内部空間Ｓに対して光ＬＬの入射側にある誘電体の厚さｔａと、内部空間Ｓに対して光ＬＬの出射側にある誘電体の厚さｔｂとの差を小さくすることができる。なお、図示では、内部空間Ｓに対して光ＬＬの入射側にある誘電体の厚さｔａと、内部空間Ｓに対して光ＬＬの出射側にある誘電体の厚さｔｂとが互いに等しくなっている。ここで、厚さｔａおよび厚さｔｂが互いに等しくなくてもよいが、原子発振器１の特性を高める観点から、厚さｔａと厚さｔｂとの比（ｔａ／ｔｂ）は、０．８以上１．２以下であることが好ましい。
【００８０】
以上説明したような第４実施形態によっても、原子セル２の特性を優れたものとしつつ、原子セル２を収納した状態でマイクロ波を共振させるキャビティ６の小型化を図ることができる。
【００８１】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
【００８２】
図７は、本発明の第５実施形態に係る原子セルユニットおよびキャビティを説明するための断面図である。
【００８３】
本実施形態は、原子セルの胴部の周囲にも誘電体を設けた以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【００８４】
なお、以下の説明では、第５実施形態に関し、前述した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。
【００８５】
図７に示す原子セルユニット２０Ｄは、原子セル２と、この原子セル２の外表面に重ねて配置されている透光部材２５および誘電体２７と、を有し、これらが一括してキャビティ６内に収納されている。ここで、誘電体２７は、原子セル２の胴部２１の外表面に沿って配置されている。この誘電体２７は、例えば、筒状をなし、胴部２１の全周にわたって設けられている。また、誘電体２７は、胴部２１の軸線ａに沿った方向での全域に設けられている。なお、誘電体２７は、胴部２１の外表面の少なくとも一部に設けられていればよい。
【００８６】
このように、原子セルユニット２０Ｄは、胴部２１の外表面に沿って配置されている誘電体２７を備える。これにより、内部空間Ｓに対して外周側にある誘電体の厚さｔｃ（胴部２１の肉厚と誘電体２７の肉厚との合計厚さ）を厚くして、原子セルユニット２０Ｄ全体の誘電率を高めることができる。
【００８７】
このような誘電体２７の構成材料の誘電率（比誘電率）は、透光部材２５の構成材料の誘電率（比誘電率）よりも高いことが好ましい。原子セル２の胴部２１の外表面に沿って配置される誘電体２７には、光透過性が要求されない。そのため、当該誘電体２７の構成材料として、前述した透光部材２５の構成材料の他に、不透明材料をも用いることができ、透光部材２５の構成材料よりも選択の幅が広く、より高い誘電率の材料を用いることが可能である。このようなことから、当該誘電体２７の構成材料の誘電率を透光部材２５の構成材料の誘電率よりも高くすることは、原子セルユニット２０Ｄ全体の誘電率を容易に高めることができるという利点がある。すなわち、誘電体２７の構成材料として、光透過性の有無に関係なく、誘電率ができるだけ高く、かつ、誘電正接ができるだけ低い材料を選択すれば、小型で優れた特性を有する原子セルユニット２０Ｄを実現することができる。
【００８８】
以上説明したような第５実施形態によっても、周波数特性を優れたものとしつつ、小型化を図ることができる。
【００８９】
２．電子機器
以下、本発明の電子機器について説明する。
【００９０】
図８は、本発明の電子機器の実施形態を示す図である。
図８に示す測位システム１００（電子機器）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。
【００９１】
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。
【００９２】
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（原子セルユニット２０）を備える電子機器である。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。
【００９３】
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。
【００９４】
以上説明したような測位システム１００が備える受信装置３０２（電子機器）は、原子セルユニット２０を備える。これにより、原子セル２の特性を優れたものとしつつ、原子セル２を収納した状態でマイクロ波を共振させるキャビティ６の小型化を図ることができる。
【００９５】
３．移動体
図９は、本発明の移動体の実施形態を示す図である。
【００９６】
この図において、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、原子発振器１（原子セルユニット２０）が内蔵されている。
【００９７】
以上説明したような移動体１５００は、原子セルユニット２０を備える。これにより、原子セル２の特性を優れたものとしつつ、原子セル２を収納した状態でマイクロ波を共振させるキャビティ６の小型化を図ることができる。
【００９８】
なお、本発明の原子セルユニットを備える電子機器は、前述したものに限定されず、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計、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）、フライトシミュレーター、地上デジタル放送、携帯電話基地局等に適用することができる。
【００９９】
以上、本発明の原子セルユニット、原子発振器、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。
【０１００】
また、本発明の原子セルユニット、原子発振器、電子機器および移動体は、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、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】
【０１０１】
１…原子発振器、２…原子セル、２Ｂ…原子セル、３…光源、４…光検出器、５…アンテナ、６…キャビティ、７…回路部、２０…原子セルユニット、２０Ａ…原子セルユニット、２０Ｂ…原子セルユニット、２０Ｃ…原子セルユニット、２０Ｄ…原子セルユニット、２１…胴部、２２…窓部、２３…窓部、２３Ｂ…窓部、２４…封止部、２５…透光部材、２５Ｃ…透光部材、２６…透光部材、２７…誘電体、６１…開口部、７１…検波部、７２…電圧制御型水晶発振器、７３…逓倍合成部、７４…低周波発振器、７５…駆動回路、１００…測位システム、２００…ＧＰＳ衛星、２１１…中空部、２２１…貫通孔、２４１…中空部、２５１…貫通孔、３００…基地局装置、３０１…アンテナ、３０２…受信装置（電子機器）、３０３…アンテナ、３０４…送信装置、４００…ＧＰＳ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、１５００…移動体、１５０１…車体、１５０２…車輪、ＬＬ…光、Ｓ…内部空間、ａ…軸線
【図１】
2018029240.tif 000003
【図２】
2018029240.tif 000004
【図３】
2018029240.tif 000005
【図４】
2018029240.tif 000006
【図５】
2018029240.tif 000007
【図６】
2018029240.tif 000008
【図７】
2018029240.tif 000009
【図８】
2018029240.tif 000010
【図９】
2018029240.tif 000011