(57)【要約】【課題】ガスセルの温度維持のためのヒーターへの電源供給路である配線を適正に配置することで、配線から生じる磁界のガスセル内の磁場への影響を低減することを目的とする。【解決手段】少なくとも、金属原子が封入されたガスセルと、前記ガスセルの周囲に配置されるコイルと、前記ガスセルに励起光を射出するレーザー光源と、前記ガスセルを加熱するヒーターと、を含む原子発振器であって、前記ヒーターに電源を供給する配線基板が備えられ、前記配線基板に配設された前記ヒーターのプラス電流経路を形成するプラス配線と、マイナス電流経路を形成するマイナス配線と、が近接して配置されている原子発振器。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、金属原子が封入されたガスセルと、前記ガスセルの周囲に配置されるコイルと、前記ガスセルに励起光を射出するレーザー光源と、前記ガスセルを加熱するヒーターと、を含む原子発振器であって、
前記ヒーターに電源を供給する配線基板が備えられ、
前記配線基板に配設された前記ヒーターのプラス電流経路を形成するプラス配線と、マイナス電流経路を形成するマイナス配線と、が近接して配置されている、
ことを特徴とする原子発振器。
【請求項２】
前記配線基板がフレキシブル基板であり、
前記プラス配線と、前記マイナス配線と、が絶縁層を介して積層されている、
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】
前記ヒーターが電界効果型トランジスターであって、
前記プラス配線は前記電界効果型トランジスターのソース端子に接続され、前記マイナス配線は前記電界効果型トランジスターのドレイン端子に接続され、
前記電界効果型トランジスターのゲート端子に接続されるゲート配線が、前記プラス配線または前記マイナス配線のいずれか一方に絶縁層を介して隣り合う、
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】
前記ヒーターがバイポーラ型トランジスターであって、
前記プラス配線は前記バイポーラ型トランジスターのコレクター端子に接続され、前記マイナス配線は前記バイポーラ型トランジスターのエミッター端子に接続され、
前記配線基板の、前記バイポーラ型トランジスターのベース端子に接続されるベース配線が、前記プラス配線または前記マイナス配線のいずれか一方と絶縁層を介して隣り合う、
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】
前記フレキシブル基板は、少なくとも絶縁層を介して２つの接地配線を備え、
前記２つの接地配線の間に、前記プラス配線と、前記マイナス配線と、が絶縁層を介して積層されている、
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の原子発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子発振器に関する。
【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。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。
【０００３】
いずれの方式の原子発振器においても、アルカリ金属をガスセル内に緩衝ガスとともに封入されており、このガスセルに入射した光が、アルカリ金属にどれだけ吸収されたかを反対側に設けられた検出器で検出することによって原子共鳴を検知し、検知された原子共鳴を制御系によって基準信号として出力する。このような原子発振器として、基板上にガスセルを設け、ガスセルを挟んだ両側に光（励起光）の光源と、検出部とが配置されている構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
更に、温度変化による周波数の不安定化を防ぐためにヒーターを備え、更に、ガスセル内の金属原子の準位間の遷移周波数を一定にするためにガスセル内に磁場を形成するコイルを備えている。特許文献２では、このヒーターとコイルと、をコイル機能切り替え器によって原子発振器の起動時の安定化のためにコイルをヒーターとして機能させ、定常駆動時には磁場発生のコイルとして機能させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２３１６８８号公報
【特許文献２】特開２００１−３３９３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、外部環境の変化が稼働中の原子発振器の温度を変化させることとなることから、ガスセルをヒーターによって所定に温度に維持させることが必要であったが、特許文献２の構成では原子発振器の稼働中にコイルをヒーターとして用いることは不可能であった。
【０００７】
そこで、磁場発生用のコイルと、ヒーターと、を個々に備えることで外部環境の変化に対してガスセルの温度を所定に温度に維持させていた。しかし、ヒーターを発熱させるために流される電流が配線を流れることで、微弱ではあるが配線から磁界が発生する。原子発振器が小型、低背化が進むことで、微弱であってもガスセル内に磁場発生用のコイルによって形成されている磁界に対して影響を及ぼし、原子発振器の動作を不安定にする虞があった。
【０００８】
そこで、ガスセルの温度維持のためのヒーターへの電源供給路である配線を適正に配置することで、配線から生じる磁界のガスセル内の磁場への影響を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
〔適用例１〕本適用例の原子発振器は、少なくとも、金属原子が封入されたガスセルと、前記ガスセルの周囲に配置されるコイルと、前記ガスセルに励起光を射出するレーザー光源と、前記ガスセルを加熱するヒーターと、を含む原子発振器であって、前記ヒーターに電源を供給する配線基板が備えられ、前記配線基板に配設された前記ヒーターのプラス電流経路を形成するプラス配線と、マイナス電流経路を形成するマイナス配線と、が近接して配置されていることを特徴とする。
【００１１】
本適用例の原子発振器によれば、プラス配線とマイナス配線とを近接させて配設することで、プラス配線に流れる電流の方向と、マイナス配線に流れる電流の方向と、は互いに逆方向となる。プラス配線およびマイナス配線に電流が流れることにより各配線は磁界を励起する。励起された磁界の磁力線の向きは、電流の流れる方向から見て時計回りに形成され、プラス配線から励起される磁界の磁力線の向きと、マイナス配線から励起される磁界の磁力線の向きと、は逆方向に形成される。
【００１２】
これにより、近接させたプラス配線とマイナス配線との間の領域では磁力を高めるように互いの磁力線が作用するが、プラス配線とマイナス配線と、から離間したガスセルの領域では互いの磁力線が相殺されるように作用する。
【００１３】
従って、コイルによってガスセル内に励起される磁界の形成領域では、配線基板から励起されるプラス配線が励起する磁界と、マイナス配線が励起する磁界と、が互いに相殺され、安定した発振性能を備える原子発振器を得ることができる。
【００１４】
〔適用例２〕上述の適用例において、前記配線基板がフレキシブル基板であり、前記プラス配線と、前記マイナス配線と、が絶縁層を介して積層されていることを特徴とする。
【００１５】
上述の適用例によれば、プラス配線とマイナス配線とを積層させることにより、プラス配線とマイナス配線とをより近接させて配置することができる。そして、プラス配線とマイナス配線とから励起された磁界は、互いに相殺するように作用する。
【００１６】
〔適用例３〕上述の適用例において、前記ヒーターが電界効果型トランジスターであって、前記プラス配線は前記電界効果型トランジスターのソース端子に接続され、前記マイナス配線は前記電界効果型トランジスターのドレイン端子に接続され、前記電界効果型トランジスターのゲート端子に接続されるゲート配線が、前記プラス配線または前記マイナス配線のいずれか一方に絶縁層を介して隣り合うことを特徴とする。
【００１７】
上述の適用例によれば、ヒーターを電界効果型トランジスターとすることで、高い精度での温度制御を可能とし、ヒーターの小型化を実現することができる。従って、高い信頼性を備える小型の原子発振器を得ることができる。
【００１８】
〔適用例４〕上述の適用例において、前記ヒーターがバイポーラ型トランジスターであって、前記プラス配線は前記バイポーラ型トランジスターのコレクター端子に接続され、前記マイナス配線は前記バイポーラ型トランジスターのエミッター端子に接続され、前記配線基板の、前記バイポーラ型トランジスターのベース端子に接続されるベース配線が、前記プラス配線または前記マイナス配線のいずれか一方と絶縁層を介して隣り合うことを特徴とする。
【００１９】
上述の適用例によれば、ヒーターをバイポーラ型トランジスターとすることで、高い精度での温度制御を可能とし、高い信頼性のヒーターを備えることができる。従って、高い信頼性を備える原子発振器を得ることができる。
【００２０】
〔適用例５〕上述の適用例において、前記フレキシブル基板は、少なくとも絶縁層を介して２つの接地配線を備え、前記２つの接地配線の間に、前記プラス配線と、前記マイナス配線と、が絶縁層を介して積層されていることを特徴とする。
【００２１】
上述の適用例によれば、プラス配線とマイナス配線とから発生する磁界を、導電体の接地配線によって遮蔽することができる。よって、高い信頼性を備える原子発振器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係る原子発振器を備える原子発振装置を示す平面外観図。
【図２】図１に示すＡ−Ａ´部の概略断面図。
【図３】第１実施形態に係る原子発振器の概略構成を示す構成図。
【図４】第１実施形態に係る原子発振器のガスセル内におけるアルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図。
【図５】第１実施形態に係る原子発振器の光射出部（光源）および光検出部について、光射出部（光源）からの２つの光の周波数差と、光検出部での検出強度との関係を示すグラフ。
【図６】図１に示すＢ方向からの矢視外観図。
【図７】図６に示すＣ−Ｃ´部の拡大断面図。
【図８】図６に示す面Ｄに沿った断面部における発生磁界を説明する模式図。
【図９】図６に示す面Ｅに沿った断面部における発生磁界を説明する模式図。
【図１０】第２実施形態に係る原子発振器を示す外観斜視図。
【図１１】図１０におけるＦ−Ｆ´部の拡大断面図。
【図１２】第３実施形態に係る電子機器の一例としてＧＰＳ衛星を利用した測位システムの概略構成を示す図。
【図１３】第４実施形態に係る電子機器の一例としてのクロック伝送システムを示す概略構成図。
【図１４】第５実施形態に係る移動体の一例としての自動車の構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係る量子干渉効果を利用した原子発振器を備える原子発振装置を示す平面外観図である。図１に示す原子発振装置１０００は、原子発振器１００と、図示しない各種電子部品を備える制御部１０２０と、が基板１０１０に実装されている。原子発振器１００は、基台３０に、後述する金属原子が収容されたガスセルユニット１０と、ガスセルユニット１０に対して励起光であるレーザーを射出するレーザー光源としての光源ユニット２０と、が配置されている。
【００２５】
図２は、図１に示すＡ−Ａ´部の概略断面図である。図２に示すように、原子発振装置１０００に備える原子発振器１００は、光射出部２１を含む光源ユニット２０と、ガスセル１１および光検出部１２とを含むガスセルユニット１０と、が基台３０に搭載される。そして原子発振器１００は、原子発振装置１０００の基板１０１０に実装、配置される。
【００２６】
光源ユニット２０は、光射出部２１と、光射出部２１を保持する光源保持部２２と、を備えている。光源保持部２２は、光射出部２１が装着される装着部２２ａと、光源保持部２２を基台３０へ装着、固定させる固定部２２ｂと、を有している。固定部２２ｂは、本実施形態ではネジＳｃによって基台３０上に載置、固定される。
【００２７】
光源ユニット２０は、光源収容体２１ａと、光源収容体２１ａに収容、固定された光源２１ｂとを有する。光源２１ｂは、後述するガスセル１１中のアルカリ金属原子を励起する励起光ＬＬを射出する機能を有する。光源２１ｂは、光源収容体２１ａの内部に励起光ＬＬの射出方向（図示矢印の光軸方向Ｒ）に沿ってガスセル１１と対向するように配置され、励起光ＬＬの射出方向（光軸方向Ｒ）と交差する領域に貫通孔２１ｃが設けられており、この貫通孔２１ｃを通って光源２１ｂからガスセル１１に向かって励起光ＬＬが射出される。
【００２８】
ガスセル１１を含むガスセルユニット１０は、次のような構成となっている。ガスセルユニット１０の中心部には、柱状の貫通孔を有する本体部１１ａと、その貫通孔の両側の開口を１対の窓部１１ｂ，１１ｃによって封鎖することにより、内部空間Ｓが形成されたガスセル１１を備えている。ガスセル１１の内部空間Ｓ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。
【００２９】
ガスセル１１は、ガスセル１１を保持し、後述するヒーターに発生させる熱をガスセル１１に伝導させるガスセル保持部材１７により覆われている。そしてガスセル保持部材１７の図示するＸ軸方向に沿った外周部１７ａにコイル１５が巻き付けられている。
【００３０】
光射出部２１から射出された励起光ＬＬは、ガスセル保持部材１７と、光軸方向Ｒと、が交差する部分に形成された光射出部２１側の貫通孔１７ｂに配置された光学部品１６を透過する。光学部品１６は、λ／４波長板と、減光フィルター（ＮＤフィルター）と、で構成される。λ／４波長板は、光源２１ｂからの励起光ＬＬを直線偏光から円偏光（右円偏光または左円偏光）に変換し、減光フィルター（ＮＤフィルター）は、ガスセル１１に入射する励起光の強度を調整（減少）させることができる。そのため、光源２１ｂの出力が大きい場合でも、ガスセル１１に入射する励起光を所望の光量とすることができる。
【００３１】
ガスセル保持部材１７の光軸方向Ｒと並行する外周部１７ａには、外周部１７ａに沿ってコイル１５が巻き付けられている。コイル１５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１１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１００の発振周波数の精度を高めることができる。なお、コイル１５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。また、このコイル１５は、ガスセル１１を囲むように設けられたソレノイドコイルであってもよいし、ガスセル１１を挟むように設けられたヘルムホルツコイルであってもよい。
【００３２】
ガスセル１１を挟んで光射出部２１と光軸方向Ｒに沿って対向する位置に光検出部１２を備えている。光検出部１２は、ガスセル１１内を透過した後述する励起光ＬＬ（共鳴光１、共鳴光２）の強度を検出する機能を有する。本実施形態では、光検出部１２は、接着剤を介してガスセル保持部材１７に接合されている。光検出部１２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。
【００３３】
そしてガスセル１１と、ガスセル保持部材１７と、コイル１５と、光検出部１２と、は第１収容筐体１４の内部に収容されている。第１収容筐体１４は、箱状の収容体１４ａと、蓋体１４ｂと、を備え、内部を密閉するように蓋体１４ｂを収容体１４ａに合わせることで構成される。第１収容筐体１４は、第１収容筐体１４の内部に対する外部からの磁気を遮蔽する機能を有し、第１収容筐体１４に収容されるガスセル１１への外部からの磁気を遮蔽する。
【００３４】
第１収容筐体１４の構成材料としては、磁気遮蔽効果を有していることがなお好ましく、例えば、鉄（Ｆｅ）、各種Ｆｅ合金（ケイ素鉄、パーマロイ、スーパーマロイ、アモルファス、センダスト）、銅（Ｃｕ）、銅合金などの軟磁性材料がより好ましい。このような材料を第１収容筐体１４に用いることにより、外部からの磁気（磁場の変化）を遮蔽することができる。これにより、外部からの磁気（磁場の変化）によるガスセル１１内の金属原子への影響を抑制し、原子発振器１００としての発振特性の安定化を図ることが可能となる。
【００３５】
本実施形態に係る原子発振器１００は、第１収容筐体１４の外側、本例では蓋体１４ｂの外面にガスセル１１を加熱する加熱素子としてのヒーター１３を備えている。ヒーター１３は、通電により発熱する発熱体（発熱部）である。ヒーター１３が発生した熱は、第１収容筐体１４を介してガスセル１１に伝達される。本実施形態では、ヒーター１３は第１収容筐体１４の蓋体１４ｂの外面に高熱伝導率接着剤によって接着固定される形態を例示する。しかしこれに限定されず、ヒーター１３が発生する熱の伝達ロスを少なくする手段であれば、ヒーター１３の配置手段は限定されない。例えば、金属ろうによるろう付け、ねじによる物理的な固定手段であってもよい。
【００３６】
ヒーター１３が発生した熱は、ガスセル１１に伝達され、ガスセル１１を所定の温度に維持し、ガスセル１１中のアルカリ金属をガス状に維持することができる。ヒーター１３は、電界効果型トランジスター、あるいはバイポーラ型トランジスターが好適に用いられる。電界効果型トランジスター、あるいはバイポーラ型トランジスターを用いることで、供給する電源電流の制御により高い追従性の温度制御を可能にする。なお、発熱抵抗体、あるはペルチェ素子を用いることもできる。
【００３７】
また、原子発振器１００は、ガスセル１１と、ガスセル保持部材１７と、コイル１５と、光検出部１２と、が内部に収納された第１収容筐体１４と、第１収容筐体１４の外部に配置されたヒーター１３と、を収納し、磁気遮蔽性を有する第２収容筐体１８を備え、ガスセルユニット１０を構成している。
【００３８】
図３は図２に示す原子発振器１００の概略構成を示す構成図である。また、図４は、アルカリ金属のエネルギー状態を説明する説明図、図５は、光射出部から出射される２つの光の周波数差と、光検出部で検出される光の強度との関係を示すグラフである。
【００３９】
ここで、本実施形態に係る原子発振器１００の原理を簡単に説明する。原子発振器１００では、ガスセル１１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４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。
【００４０】
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、および共鳴光２を照射すると、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、および共鳴光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、および基底状態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、および共鳴光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（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｐｐｉｎｇ）現象、または電磁誘起透明化現象（ＥＩＴ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ）と呼ぶ。
【００４１】
光源２１ｂは、ガスセル１１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）を射出する。例えば、光源２１ｂ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、光検出部１２の検出強度は、図５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。
【００４２】
本実施形態に係る原子発振器１００は、図３に示すように、光射出部２１に備える光源２１ｂから、ガスセル１１に向かって励起光ＬＬがガスセル１１への入射光として射出される。励起光ＬＬとして、前述したように、周波数の異なる２種の光（共鳴光１および共鳴光２）が射出される。共鳴光１の周波数ω１は、ガスセル１１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１１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。この光源２１ｂとしては、前述したような励起光を射出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。
【００４３】
光源２１ｂから射出された励起光ＬＬは、励起光ＬＬの光軸上に設けられている光学部品１６を透過する。光学部品１６は、λ／４波長板と減光フィルター（ＮＤフィルター）であり、λ／４波長板は光源２１ｂから射出された直線偏光の励起光ＬＬを、円偏光（右偏光あるいは左偏光）に変換する。また、減光フィルター（ＮＤフィルター）は励起光ＬＬの強度を調整（減少）させることができ、光源２１ｂの出力が大きい場合でも、ガスセル１１に入射する励起光ＬＬを所望の光量とすることができる。
【００４４】
光学部品１６のλ／４波長板によって励起光ＬＬが円偏光に変換されることによって、コイル１５の磁場によりガスセル１１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ＬＬがアルカリ金属原子に照射されると、励起光ＬＬ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信号の強度が大きくなり、その結果、原子発振器１００の発振特性を向上させることができる。
【００４５】
ガスセル１１内を透過した励起光ＬＬ（共鳴光１、共鳴光２）は、光検出部１２により強度が検出される。励起光ＬＬの光検出部１２による検出結果は、制御部１０２０に含む励起光制御部１０２０ａに入力され、光源２１ｂから射出される共鳴光１、共鳴光２の周波数を光検出部１２の検出結果に基づいて制御する。より具体的には、励起光制御部１０２０ａは、前述した光検出部１２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、光源２１ｂから射出される共鳴光１、共鳴光２の周波数を制御する。また、励起光制御部１０２０ａは、光源２１ｂから射出される共鳴光１、共鳴光２の中心周波数を制御する。これにより、前述したようなＥＩＴ信号を検出することができる。そして、制御部１０２０は、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。
【００４６】
制御部１０２０には、温度制御部１０２０ｂ、および磁場制御部１０２０ｃを含んでいる。温度制御部１０２０ｂには、ガスセル１１の温度を検出する温度センサー１９（図２には図示されない）からの計測検出結果に基づいて、ヒーター１３への通電を制御し、ガスセル１１を所望の温度範囲内に維持する。磁場制御部１０２０ｃは、コイル１５が発生する磁場が一定となるように、コイル１５への通電を制御する。なお後述するが、このような制御部１０２０は、原子発振器１００が実装される基板１０１０上に実装された電子回路装置（例えば、半導体装置）として配設されている。
【００４７】
上述したように本実施形態に係る原子発振装置１０００に備える原子発振器１００では、図１に示すように、ガスセルユニット１０に備えるヒーター１３に電源を供給する電源供給経路の配線基板４０が配設されている。配線基板４０は、いわゆるフレキシブル基板であり、図１に示すＢ方向からの矢視外観図である図６に示すように、ガスセルユニット１０と、基板１０１０に備える接続部１０１１に屈曲させて接続されている。
【００４８】
図６に示すように、第１実施形態に係る原子発振装置１０００に備える原子発振器１００は、ガスセルユニット１０の内部にヒーター１３が備えられている。ヒーター１３は電界効果型トランジスターもしくはバイポーラ型トランジスターをヒーターとして用いることが好ましい。本例の説明では、ヒーター１３に電界効果型トランジスターを用いる。なお、以下の説明ではヒーター１３を、トランジスターヒーター１３という。
【００４９】
トランジスターヒーター１３は、電源入力端子としてソース端子Ｔｓ、ドレイン端子Ｔｄ、そしてゲート端子Ｔｇを備え、配線基板４０には、少なくともソース端子Ｔｓに電気的に接続されるプラス電流経路を形成するプラス配線としてのソース配線４１ｓと、ドレイン端子Ｔｄに電気的に接続されるマイナス電流経路を形成するマイナス配線としてのドレイン配線４１ｄと、ゲート端子Ｔｇに電気的に接続されるゲート配線４１ｇと、を備える基板配線４１が形成されている。
【００５０】
なお図示しないが、トランジスターヒーター１３にバイポーラ型トランジスターを用いる場合には、電源入力端子としてソース端子Ｔｓに相当するコレクター端子、ドレイン端子Ｔｄに相当するエミッター端子、そしてゲート端子Ｔｇに相当するベース端子が備えられる。配線基板４０には、少なくともコレクター端子に電気的に接続されるプラス配線としてのソース配線４１ｓに相当するコレクター配線と、エミッター端子に電気的に接続されるマイナス配線としてのドレイン配線４１ｄに相当するエミッター配線と、ベース端子に電気的に接続されるゲート配線４１ｇに相当するベース配線と、を備える基板配線４１が形成されることとなる。
【００５１】
図６に示す配線基板４０のＣ−Ｃ´部の拡大断面図を図７に示す。図７に示すように配線基板４０は、少なくとも電気的な絶縁物であるベースフィルム４０ａと、ベースフィルム４０ａに形成された第１の接地配線４２（以下、第１のグランド４２という）と、第１のグランド４２を覆う第１絶縁層４０ｂと、第１絶縁層４０ｂ上に形成された基板配線４１と、基板配線４１を覆う第２絶縁層４０ｃと、第２絶縁層４０ｃ上に形成された第２の接地配線４３（以下、第２のグランド４３という）と、第２のグランド４３を覆う第３絶縁層４０ｄと、が積層されて形成される。
【００５２】
基板配線４１は、ソース配線４１ｓと、ドレイン配線４１ｄと、が隣り合って近接させて配設することが好ましい。ここで近接とは、ソース配線４１ｓと、ドレイン配線４１ｄと、の間の図示するｗの範囲に第２絶縁層４０ｃが配置され、電気的な絶縁性の維持が可能な範囲で幅ｗを小さく設定することである。なお、本例では、ゲート配線４１ｇと、ソース配線４１ｓと、の間にドレイン配線４１ｄが配置されているが、ゲート配線４１ｇと、ドレイン配線４１ｄと、の間にソース配線４１ｓが配置されていてもよい。少なくとも、ソース配線４１ｓと、ドレイン配線４１ｄと、の間にゲート配線４１ｇを配置させないことが好ましい。
【００５３】
このように、トランジスターヒーター１３に電源を供給するプラス配線としてのソース配線４１ｓと、マイナス配線としてのドレイン配線４１ｄと、を近接させて配置することにより、各配線４１ｓ，４１ｄに電流が流れることで発生する磁界が、ガスセル１１に備えるコイル１５によって光軸方向Ｒに沿って励起される磁界に対する影響を低減することができる。なお、ゲート配線４１ｇに流れる電流は微弱であり、発生する磁界も微弱のため、ガスセル１１への影響は無視できる水準である。
【００５４】
図８および図９は、ソース配線４１ｓとドレイン配線４１ｄから発生する磁界と、ガスセル１１内のコイル１５によって励起される磁界との関係を模式図的に示す図である。図８は図６に示す光軸方向Ｒに交差するＹ−Ｚ平面の面Ｄに沿った断面部を模式的に示す。図９は図６に示す光軸方向Ｒに沿ったＸ−Ｚ平面の面Ｅに沿った断面部を模式的に示す。
【００５５】
図８に示すように、プラス配線としてのソース配線４１ｓには、図示する方向にプラス電流Ｉ（＋）が流れ、マイナス配線としてのドレイン配線４１ｄには、図示する方向にマイナス電流Ｉ（−）が流れる。この時、ソース配線４１ｓの周囲にはＩ（＋）電流によって図面において時計回りの磁力線ｇ１１が発生する。また、ドレイン配線４１ｄの周囲にはＩ（−）電流によって図面において反時計回りの磁力線ｇ２１が発生する。
【００５６】
ソース配線４１ｓと、ドレイン配線４１ｄと、の間では、発生した磁界の磁力線ｇ１１と磁力線ｇ２１とは互いに増幅する方向に作用し合う。しかし、ソース配線４１ｓとドレイン配線４１ｄが形成された配線基板４０から離間した位置にあるガスセル１１の領域においては、ソース配線４１ｓから発生する磁界の磁力線ｇ１２の方向と、ドレイン配線４１ｄから発生する磁界の磁力線ｇ２２の方向と、は互いに逆向きとなり、磁界を相殺するように作用する。従って、配線基板４０に形成されたプラス配線としてのソース配線４１ｓとマイナス配線としてのドレイン配線４１ｄに流れる電流によって励起される磁界が、配線基板４０から離間しているガスセル１１内に光軸方向Ｒに沿った、図示する方向にコイル１５によって励起されている磁界の磁力線Ｇに対しての影響を抑制することができる。
【００５７】
図６に示すＥ面に沿った断面部の模式図である図９に示すように、プラス配線としてのソース配線４１ｓには、図示する方向にプラス電流Ｉ（＋）が流れ、マイナス配線としてのドレイン配線４１ｄには、図示する方向にマイナス電流Ｉ（−）が流れる。この時、ソース配線４１ｓの周囲にはＩ（＋）電流によって図面において反時計回りの磁力線ｇ１３が発生する。また、ドレイン配線４１ｄの周囲にはＩ（−）電流によって図面において時計回りの磁力線ｇ１４が発生する。
【００５８】
ソース配線４１ｓと、ドレイン配線４１ｄと、の間では、発生した磁界の磁力線ｇ１３と磁力線ｇ１４とは互いに増幅する方向に作用し合う。しかし、ソース配線４１ｓとドレイン配線４１ｄが形成された配線基板４０から離間した位置にあるガスセル１１の領域においては、ソース配線４１ｓから発生する磁界の磁力線ｇ２３の方向と、ドレイン配線４１ｄから発生する磁界の磁力線ｇ２４の方向と、は互いに逆向きとなり、磁界を相殺するように作用する。従って、配線基板４０に形成されたプラス配線としてのソース配線４１ｓとマイナス配線としてのドレイン配線４１ｄに流れる電流によって励起される磁界が、配線基板４０から離間しているガスセル１１内に図示する光軸方向Ｒに沿った方向にコイル１５によって励起されている磁界の磁力線Ｇに対しての影響を抑制することができる。
【００５９】
上述した磁力線ｇ１１，ｇ２１，ｇ１２，ｇ２２，ｇ１３，ｇ２３，ｇ１４，ｇ２４の強さは、磁界発生源である各配線４１ｓ，４１ｄからの距離の二乗に反比例する。従って、ソース配線４１ｓと、ドレイン配線４１ｄと、の間隔をより小さくする、すなわちソース配線４１ｓと、ドレイン配線４１ｄと、を近接させることにより、ガスセル１１を透過する互いに逆方向となる磁力線が略同じ強度となり、ガスセル１１の領域において、より確実に磁力線の相殺を可能とすることができる。
【００６０】
更に、本実施形態に係る原子発振装置１０００に備える原子発振器１００のトランジスターヒーター１３に電源を供給する配線基板４０は、図７に示すように基板配線４１は、第１のグランド４２と、第２のグランド４３と、の間に絶縁層４０ｂ，４０ｃを介して積層されている。言い換えると、基板配線４１は第１のグランド４２と、第２のグランド４３と、によって挟まれている。これにより、第１のグランド４２と、第２のグランド４３と、は基板配線４１から発生する磁界を外部に漏らさない磁気シールド部として機能する。
【００６１】
従って、本実施形態に係る原子発振装置１０００では、配線基板４０に備えるソース配線４１ｓとドレイン配線４１ｄと、を近接して配設することで、ソース配線４１ｓとドレイン配線４１ｄとから発生する磁力線をガスセル１１の領域では互いに相殺させるようにすることで、コイル１５によって励起されるガスセル１１内の磁界Ｇを不安定にさせる一つの要因を排除することができる。更に、基板配線４１を第１のグランド４２と第２のグランド４３と、によって挟み込むように配線基板４０を構成することで、配線基板４０からの磁界の漏れを防止することができる。
【００６２】
（第２実施形態）
図１０は第２実施形態に係る原子発振器２００を示す外観斜視図であり、第１実施形態に係る原子発振器１００を示す図６に相当する。本実施形態に係る原子発振器２００は、第１実施形態に係る原子発振器１００に備える配線基板４０の構成のみ異なり、その他の構成要は同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付し、説明は省略する。
【００６３】
図１０に示すように、本実施形態に係る原子発振器２００は配線基板２４０によって、ガスセルユニット１０に備えるトランジスターヒーター１３に電源が供給される。
【００６４】
図１１は、図１０に示す配線基板２４０のＦ−Ｆ´部断面を示す拡大断面図である。図１１に示すように、配線基板２４０は、少なくとも電気的な絶縁物であるベースフィルム２４０ａと、ベースフィルム２４０ａ上に形成された第１の接地配線２４２（以下、第１のグランド２４２という）と、第１のグランド２４２を覆う第１絶縁層２４０ｂと、第１絶縁層２４０ｂ上に形成されたプラス配線としてのソース配線２４１ｓと、ソース配線２４１ｓを覆う第２絶縁層２４０ｃと、第２絶縁層２４０ｃ上に形成されたマイナス配線としてのドレイン配線２４１ｄと、ドレイン配線２４１ｄを覆う第３絶縁層２４０ｄと、第３絶縁層２４０ｄ上に形成されたゲート配線２４１ｇと、ゲート配線２４１ｇを覆う第４絶縁層２４０ｅと、第４絶縁層２４０ｅ上に形成された第２の接地配線２４３（以下、第２のグランド２４３という）と、第２のグランド２４３を覆う第５絶縁層２４０ｆと、が積層されて形成される。
【００６５】
すなわち、基板配線２４１を構成するソース配線２４１ｓ、ドレイン配線２４１ｄ、そしてゲート配線２４１ｇとは、積層配置されている。そして基板配線２４１は、ソース配線２４１ｓと、ドレイン配線２４１ｄと、は第２絶縁層２４０ｃを介して上下に隣り合って配設されることが好ましい。言い換えると、ゲート配線２４１ｇがソース配線２４１ｓと、ドレイン配線２４１ｄと、で挟まれて配置されない構成とすることが好ましい。
【００６６】
また、ソース配線２４１ｓと、ドレイン配線２４１ｄと、の間に配設される第２絶縁層２４０ｃは、ソース配線２４１ｓと、ドレイン配線２４１ｄと、の間の電気的な絶縁性を保持できる範囲で薄く形成し、ソース配線２４１ｓと、ドレイン配線２４１ｄと、を近接させることが好ましい。
【００６７】
図１１に示すように、ソース配線２４１ｓには図示する矢印方向にプラス電流Ｉ（＋）が流れ、ドレイン配線２４１ｄには図示する矢印方向にマイナス電流Ｉ（−）が流れる。これにより、ソース配線２４１ｓとドレイン配線２４１ｄとは磁界を発生する。
【００６８】
ソース配線２４１ｓからは図示する反時計回りの磁力線ｇ１が、ドレイン配線２４１ｄからは図示する時計回りの磁力線ｇ２が励起される。すなわち、磁力線ｇ１，ｇ２が互いに逆方向回りに励起されることで磁界が相殺されることとなる。よって、配線基板２４０からの磁界の発生が抑制され、図１０に示す配線基板２４０の近傍に配置されるガスセルユニット１０に備えるコイル１５によって励起されているガスセル１１の磁力線に対する影響を与えることを防止できる。
【００６９】
また図１１に示すように、基板配線２４１は、第１のグランド２４２と、第２のグランド２４３と、の間に絶縁層２４０ｂ，２４０ｃ，２４０ｄ，２４０ｅを介して積層されている。言い換えると、基板配線２４１は第１のグランド２４２と、第２のグランド２４３と、によって挟まれている。これにより、第１のグランド２４２と、第２のグランド２４３と、は基板配線２４１から発生する磁界を外部に漏らさない磁気シールド部として機能する。
【００７０】
従って、本実施形態に係る原子発振器２００では、配線基板２４０に備えるソース配線２４１ｓとドレイン配線２４１ｄと、を上下に積層させることで近接して配設することができる。従って、ソース配線２４１ｓとドレイン配線２４１ｄとから発生する磁力線を互いに相殺させことができ、コイル１５によって励起されるガスセル１１内の磁界を不安定にさせる一つの要因を排除することができる。更に、基板配線２４１を第１のグランド２４２と第２のグランド２４３と、によって挟み込むように配線基板２４０を構成することで、配線基板２４０からの磁界の漏れを防止することができる。
【００７１】
（第３実施形態）
第３実施形態として、第１実施形態に係る原子発振器１００もしくは第２実施形態に係る原子発振器２００が備えられた原子発振装置１０００を備える電子機器の一例としてＧＰＳ衛星を利用した測位システムを説明する。図１２は、ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに原子発振装置１０００を用いた場合の概略構成を示す図である。
【００７２】
図１２に示す測位システム２０００は、ＧＰＳ衛星２１００と、基地局装置２２００と、ＧＰＳ受信装置２３００とで構成されている。ＧＰＳ衛星２１００は、測位情報（ＧＰＳ信号）を送信する。基地局装置２２００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２２０１を介してＧＰＳ衛星２１００からの測位情報を高精度に受信する受信装置２２０２と、この受信装置２２０２で受信した測位情報を、アンテナ２２０３を介して送信する送信装置２２０４とを備える。
【００７３】
ここで、受信装置２２０２は、その基準周波数発振源として前述した本発明に係る第１実施形態の原子発振装置１０００を備える電子装置である。このような受信装置２２０２は、優れた信頼性を有する。また、受信装置２２０２で受信された測位情報は、リアルタイムで送信装置２２０４により送信される。ＧＰＳ受信装置２３００は、ＧＰＳ衛星２１００からの測位情報を、アンテナ２３０１を介して受信する衛星受信部２３０２と、基地局装置２２００からの測位情報を、アンテナ２３０３を介して受信する基地局受信部２３０４とを備える。
【００７４】
（第４実施形態）
第４実施形態として、第１実施形態に係る原子発振器１００もしくは第２実施形態に係る原子発振器２００が備えられた原子発振装置１０００を備える電子機器の一例としてクロック伝送システムを説明する。図１３は、クロック伝送システムに原子発振装置１０００を用いた場合の概略構成を示す図である。
【００７５】
図１３に示すクロック伝送システム３０００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。
【００７６】
このクロック伝送システム３０００は、Ａ局（上位（Ｎ系））のクロック供給装置（ＣＳＭ：Ｃｌｏｃｋ  Ｓｕｐｐｌｙ  Ｍｏｄｕｌｅ）３００１およびＳＤＨ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ）装置３００２と、Ｂ局（上位（Ｅ系））のクロック供給装置３００３およびＳＤＨ装置３００４と、Ｃ局（下位）のクロック供給装置３００５およびＳＤＨ装置３００６，３００７とを備える。クロック供給装置３００１は、原子発振装置１０００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３００１内の原子発振装置１０００は、セシウムを用いた原子発振器１００もしくは原子発振器２００を含むマスタークロック３００８，３００９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。
【００７７】
ＳＤＨ装置３００２は、クロック供給装置３００１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３００５に伝送する。クロック供給装置３００３は、原子発振装置１０００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３００３内の原子発振装置１０００は、セシウムを用いた原子発振器１００もしくは原子発振器２００を含むマスタークロック３００８，３００９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。
【００７８】
ＳＤＨ装置３００４は、クロック供給装置３００３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３００５に伝送する。クロック供給装置３００５は、クロック供給装置３００１，３００３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。
【００７９】
ここで、クロック供給装置３００５は、通常、クロック供給装置３００１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３００５は、クロック供給装置３００３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３００６は、クロック供給装置３００５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３００７は、クロック供給装置３００５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。
【００８０】
（第５実施形態）
第５実施形態として、第１実施形態に係る原子発振器１００もしくは第２実施形態に係る原子発振器２００が備えられた原子発振装置１０００を備える移動体の一例として自動車を例に説明する。図１４は、移動体としての自動車に原子発振装置１０００を用いた場合の概略構成を示す斜視図である。
【００８１】
図１４に示す移動体としての自動車４０００は、車体４００１と、４つの車輪４００２とを有しており、車体４００１に設けられた図示しない動力源によって車輪４００２を回転させるように構成されている。このような自動車４０００には、原子発振装置１０００が内蔵されている。そして、原子発振装置１０００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。
【００８２】
なお、本発明の原子発振器を備える原子発振装置を組み込む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、デジタルスチールカメラ、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等に適用することができる。
【００８３】
以上、本発明の原子発振器について、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く、例えば、前述した実施形態の各部の構成は、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】
【００８４】
１０…ガスセルユニット、１３…ヒーター（トランジスターヒーター）、４０…配線基板、４１…基板配線、１００…原子発振器、１０１１…接続部、１０００…原子発振装置。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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