(57)【要約】      （修正有）【課題】周波数の精度低下を低減することができる原子発振器の制御方法、原子発振器および周波数信号生成システムを提供する。【解決手段】原子発振器１の制御方法は、アルカリ金属原子が収容された原子セル２１に光を照射することと、前記原子セルの温度を検出することと、単位時間当たりの前記温度の変化量が所定値以下である場合に、前記光の中心波長を掃引することと、前記原子セルを通過した光の強度を検出することと、前記光の強度に基づいて、周波数信号の生成に用いる前記光の中心波長を決定することと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属原子が収容された原子セルに光を照射することと、
前記原子セルの温度を検出することと、
単位時間当たりの前記温度の変化量が所定値以下である場合に、前記光の中心波長を掃引することと、
前記原子セルを通過した光の強度を検出することと、
前記光の強度に基づいて、周波数信号の生成に用いる前記光の中心波長を決定することと、を含む、原子発振器の制御方法。
【請求項２】
前記掃引は、前記温度の変化量が前記所定値以下であり、かつ、前記温度が所定温度以下である場合に行われる請求項１に記載の原子発振器の制御方法。
【請求項３】
前記温度が上昇し、第１温度を超えた場合には、前記掃引を停止し、
前記温度が低下し、前記第１温度よりも低い第２温度以下になった場合には、前記掃引を開始する請求項１または２に記載の原子発振器の制御方法。
【請求項４】
前記温度の変化量が前記所定値よりも大きい場合には、前記掃引を停止する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の原子発振器の制御方法。
【請求項５】
アルカリ金属原子が収容された原子セルと、
前記原子セルに光を照射する発光素子と、
前記原子セルを透過した光の強度を検出する光検出素子と、
前記原子セルの温度を検出する温度センサーと、
前記光の強度に基づいて、前記発光素子を制御する電流を生成する回路と、
単位時間当たりの前記温度の変化量が所定値以下である場合に、前記回路に、前記電流を変化させることによって前記光の中心波長を掃引させる処理部と、を含み、
前記処理部は、前記光の強度に基づいて周波数信号の生成に用いる前記光の中心波長を決定する原子発振器。
【請求項６】
アルカリ金属原子が収容された原子セルと、
前記原子セルに光を照射する発光素子と、
前記原子セルを透過した光の強度を検出する光検出素子と、
前記原子セルの温度を検出する温度センサーと、
前記光の強度に基づいて、前記発光素子を制御する電流を生成する回路と、
単位時間当たりの前記温度の変化量が所定値以下である場合に、前記回路に、前記電流を変化させることによって前記光の中心波長を掃引させる処理部と、を含み、
前記処理部は、前記光の強度に基づいて周波数信号の生成に用いる前記光の中心波長を決定する原子発振器と、
前記原子発振器からの信号を処理する信号処理部と、を含む、周波数信号生成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子発振器の制御方法、原子発振器および周波数信号生成システム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（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
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、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化できることから、近年、様々な機器への搭載が期待されている。
【０００４】
特許文献１に記載の原子発振器では、駆動時において、発振周波数をロックしている。発振周波数のロックが外れた場合、発振周波数を掃引し、再度、発振周波数をロックさせる。なお、前記ロックでは、ガスセルにおける光の吸収量と波長との関係を示す５本の吸収線のうち、ピークが最大である吸収線（例えば中央の吸収線）に対してロックさせる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−７０４１６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、外気の温度の変化が大きい場合に５本の吸収線を検出すると、５本の吸収線を正しく検出することができないことがある。例えば、外気の温度が一定であれば吸収量が最大となるはずの、選択されるべき吸収線とは異なる吸収線の吸収量が、温度変化の影響によって最大となることがある。すると、その異なる吸収線を誤って選択してしまうことがある。吸収線を誤って選択した結果、ＥＩＴ信号（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）が所望の値からずれ、原子発振器の周波数の精度が低下する。本発明者は、このような新な課題を発見した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
【０００８】
本適用例に係る原子発振器の制御方法は、アルカリ金属原子が収容された原子セルに光を照射することと、前記原子セルの温度を検出することと、単位時間当たりの前記温度の変化量が所定値以下である場合に、前記光の中心波長を掃引することと、前記原子セルを通過した光の強度を検出することと、前記光の強度に基づいて、周波数信号の生成に用いる前記光の中心波長を決定することと、を含む。
【０００９】
本適用例に係る原子発振器の制御方法では、前記掃引は、前記温度の変化量が前記所定値以下であり、かつ、前記温度が所定温度以下である場合に行われるのが好ましい。
【００１０】
本適用例に係る原子発振器の制御方法では、前記温度が上昇し、第１温度を超えた場合には、前記掃引を停止し、前記温度が低下し、前記第１温度よりも低い第２温度以下になった場合には、前記掃引を開始するのが好ましい。
【００１１】
本適用例に係る原子発振器の制御方法では、前記温度の変化量が前記所定値よりも大きい場合には、前記掃引を停止するのが好ましい。
【００１２】
本適用例に係る原子発振器は、アルカリ金属原子が収容された原子セルと、前記原子セルに光を照射する発光素子と、前記原子セルを透過した光の強度を検出する光検出素子と、前記原子セルの温度を検出する温度センサーと、前記光の強度に基づいて、前記発光素子を制御する電流を生成する回路と、単位時間当たりの前記温度の変化量が所定値以下である場合に、前記回路に、前記電流を変化させることによって前記光の中心波長を掃引させる処理部と、を含み、前記処理部は、前記光の強度に基づいて周波数信号の生成に用いる前記光の中心波長を決定する。
【００１３】
本適用例に係る周波数信号生成システムは、アルカリ金属原子が収容された原子セルと、前記原子セルに光を照射する発光素子と、前記原子セルを透過した光の強度を検出する光検出素子と、前記原子セルの温度を検出する温度センサーと、前記光の強度に基づいて、前記発光素子を制御する電流を生成する回路と、単位時間当たりの前記温度の変化量が所定値以下である場合に、前記回路に、前記電流を変化させることによって前記光の中心波長を掃引させる処理部と、を含み、前記処理部は、前記光の強度に基づいて周波数信号の生成に用いる前記光の中心波長を決定する原子発振器と、前記原子発振器からの信号を処理する信号処理部と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る原子発振器の概略構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係る原子発振器の断面側面図である。
【図３】発光素子から出射される光の周波数スペクトラムを概略的に示す図である。
【図４】アルカリ金属原子のエネルギー状態を説明するための図である。
【図５】原子発振器の発光素子から出射される２つの光の周波数差と、光検出素子で検出される光の強度との関係を示すグラフである。
【図６】原子発振器の原子セルを通過する光の波長と、光検出素子で検出される光の強度との関係の一例を示すグラフである。
【図７】原子発振器の原子セルを通過する光の波長と、光検出素子で検出される光の強度との関係の一例を示すグラフである。
【図８】原子発振器の制御フローを示すフローチャートである。
【図９】原子発振器の制御フローを示すフローチャートである。
【図１０】周波数信号生成システムの一例である、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星を利用した測位システムの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の原子発振器の制御方法、原子発振器および周波数信号生成システム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。
【００１６】
図１は、実施形態に係る原子発振器の概略構成を示すブロック図である。図２は、実施形態に係る原子発振器の断面側面図である。図３は、発光素子から出射される光の周波数スペクトラムを概略的に示す図である。図４は、アルカリ金属原子のエネルギー状態を説明するための図である。図５は、原子発振器の発光素子から出射される２つの光の周波数差と、光検出素子で検出される光の強度との関係を示すグラフである。図６は、原子発振器の原子セルを通過する光の波長と、光検出素子で検出される光の強度との関係の一例を示すグラフである。図７は、原子発振器の原子セルを通過する光の波長と、光検出素子で検出される光の強度との関係の一例を示すグラフである。図８は、原子発振器の制御フローを示すフローチャートである。図９は、原子発振器の制御フローを示すフローチャートである。なお、図６、図７に示すグラフは、それぞれ、あくまでも一例であり、説明を容易にするため、誇張して描いている。
【００１７】
原子発振器１の制御方法は、アルカリ金属原子が収容された原子セル２１に光を照射する工程と、原子セル２１の温度を検出するとともに、単位時間当たりの温度の変化量を検出する工程と、単位時間当たりの温度の変化量が所定値以下である場合に、光の中心波長を掃引する工程と、原子セル２１を通過した光の強度を検出する工程と、光の強度に基づいて、周波数信号の生成に用いる光の中心波長を決定する工程と、を含んでいる。
【００１８】
また、原子発振器１は、上記制御方法を実行可能に構成されている。原子発振器１は、アルカリ金属原子が収容された原子セル２１と、原子セル２１に光を照射する発光素子２２と、原子セル２１を透過した光の強度を検出する光検出素子２３と、原子セル２１の温度を検出する温度センサーとしての第３温度センサー２８と、光の強度に基づいて、発光素子２２を制御する電流を生成する回路としての電流生成回路５０と、単位時間当たりの温度の変化量が所定値以下である場合に、電流生成回路５０から発光素子２２に供給される電流を変化させることによって光の中心波長を掃引させる処理部１１と、を含んでいる。そして、処理部１１は、光の強度に基づいて周波数信号の生成に用いる光の中心波長を決定することができる。
【００１９】
一般的に、原子発振器が使用される環境下の外気の温度および外気の温度変化の程度にもよるが、外気の温度および外気の温度変化に起因して原子発振器の周波数の精度が低下する傾向にある。
【００２０】
そこで、後でも詳述するが、ここでは簡単に述べると、上記の原子発振器１の制御方法や原子発振器１においては、単位時間当たりの原子セル２１の温度の変化量が所定値以下である場合に、光の中心波長の掃引が行われる。温度変化が小さいときに掃引を行うことにより、原子発振器１では、外気の温度変化に起因して原子発振器１の周波数の精度が低下するのを低減することができる。なお、温度変化が大きいことが掃引に与える影響については後述する。また、「ロックする」とは、後述するように、バイアス電流が制御されて安定することを言う。
【００２１】
図１に示す原子発振器１は、アルカリ金属原子に対して特定の異なる波長の２つの共鳴光を同時に照射したときに当該２つの共鳴光がアルカリ金属原子に吸収されずに透過する現象が生じる量子干渉効果を利用した原子発振器である。なお、この量子干渉効果による現象は、電磁誘起透明化（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）現象とも言う。
【００２２】
図１に示すように、原子発振器１は、物理パッケージ２と、物理パッケージ２に電気的に接続されている制御回路１０と、を有する。
【００２３】
図２に示すように、物理パッケージ２は、光を出射する発光素子２２と、例えばルビジウム原子またはセシウム原子等のアルカリ金属原子が封入された原子セル２１と、光検出素子２３と、原子セル２１を加熱する加熱部としてのヒーター２４と、原子セル２１の温度を検出する第１温度センサー２５と、を含んでいる。
【００２４】
また、物理パッケージ２は、原子セル２１、光検出素子２３、ヒーター２４および第１温度センサー２５を収納するシールド２９を有している。
【００２５】
物理パッケージ２は、シールド２９を外側から冷却するペルチェ素子２６と、シールド２９の外表面付近の温度を検出する第２温度センサー２７と、を有している。ペルチェ素子２６および第２温度センサー２７は、シールド２９の外側に配置されている。
【００２６】
その他、物理パッケージ２は、第１温度センサー２５とともにシールド２９に収納されている第３温度センサー２８も含んでいる。
【００２７】
図１に示すように、制御回路１０は、第１検波回路３１と、バイアス生成回路３２と、第１低周波発振器３３と、第１誤差検出回路３４と、駆動回路３５と、第２検波回路４２と、電圧制御型発振器４３（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）と、変調回路４４と、第２低周波発振器４５と、位相同期回路４６（ＰＬＬ：phase locked loop）と、第２誤差検出回路４７と、処理部１１と、を含む。
【００２８】
ここで、駆動回路３５は、発光素子２２に、バイアス電流に変調電流を重畳した駆動電流を供給する。これにより、図３に示すように、発光素子２２は、バイアス電流の電流値に応じた中心周波数ｆ０の光と、中心周波数ｆ０に対して両側に変調電流の周波数ｆｍ分だけずれた周波数ｆ１、ｆ２の２つのサイドバンド光とを含む光を出射する。当該光は、原子セル２１を通過して、光検出素子２３で検出される。第１検波回路３１、バイアス生成回路３２、第１低周波発振器３３および第１誤差検出回路３４は、光検出素子２３の検出結果、言い換えると光検出素子２３が検出した光の強度に基づいて、駆動回路３５のバイアス電流の電流値を調整するバイアス電流調整部３０として機能する。また、バイアス電流調整部３０と駆動回路３５とは、光検出素子２３の検出結果に基づいて、発光素子２２を制御する電流を生成する電流生成回路５０として機能する。
【００２９】
また、第２検波回路４２、電圧制御型発振器４３、変調回路４４、第２低周波発振器４５、位相同期回路４６および第２誤差検出回路４７は、光検出素子２３の検出結果に基づいて、原子セル２１内のアルカリ金属原子の２つの基底準位間の遷移周波数に応じたマイクロ波信号を生成する信号生成部４０として機能する。信号生成部４０は、前述した２つのサイドバンド光および原子セル２１内のアルカリ金属原子によるＥＩＴ現象が生じるように、変調電流として用いるマイクロ波信号の周波数を調整するとともに、電圧制御型発振器４３の出力信号を所定の周波数で安定させ、その出力信号を原子発振器１のクロック信号として出力する。
【００３０】
以下、原子発振器１の各部を順次説明する。
図１に示す物理パッケージ２は、前述したように、発光素子２２と、原子セル２１と、光検出素子２３と、ヒーター２４と、第１温度センサー２５と、ペルチェ素子２６と、第２温度センサー２７と、第３温度センサー２８と、を有する。
【００３１】
発光素子２２は、原子セル２１に光を照射する。具体的には、バイアス電流に変調電流を重畳した駆動電流の供給を受けて、前述したような２つのサイドバンド光を互いに周波数の異なる第１光および第２光として出射する機能を有する。発光素子２２としては、前述した機能を有する光源であればよく、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：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）等の半導体レーザー等が挙げられる。半導体レーザーは、直流バイアス電流に高周波信号を重畳して用いることにより、波長の異なる２種の光を出射させることができる。本実施形態では、発光素子２２から出射する光は、直線偏光している。
【００３２】
原子セル２１の構成としては、特に限定されず、例えば、貫通孔を有する胴体部と、貫通孔を両側から覆うように胴体部に接合される窓部とを備える構成とすることができる。胴体部を構成する材料としては、特に限定されず、金属材料、樹脂材料、ガラス材料、シリコン材料、水晶等が挙げられるが、加工性や窓部との接合の観点から、ガラス材料、シリコン材料を用いるのが好ましい。また、窓部を構成する材料としては、光透過性を有していれば、特に限定されないが、例えば、シリコン材料、ガラス材料、水晶等が挙げられる。
【００３３】
また、胴体部と窓部とで囲まれた空間、すなわち、原子セル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原子が封入されている。また、原子セル２１内には、必要に応じて、アルゴン等の希ガス、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原子とともに封入されていてもよい。
【００３４】
図４に示すように、アルカリ金属原子は、互いに異なる２つの基底準位、具体的には第１基底準位および第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。第１基底準位は、第２基底準位よりも低いエネルギー準位である。ここで、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ω１を有する第１共鳴光、および、第２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ω２を有する第２共鳴光を、それぞれ単独でアルカリ金属原子に照射すると光吸収が起きる。これに対し、第１共鳴光および第２共鳴光を同時に照射すると、第１共鳴光および第２共鳴光の双方がアルカリ金属原子に吸収されずに透過する電磁誘起透過現象が生じる。
【００３５】
電磁誘起透過現象は、第１共鳴光および第２共鳴光をアルカリ金属原子に同時に照射し、第１共鳴光の周波数ω１と第２共鳴光の周波数ω２との周波数差（ω１−ω２）が、第１基底準位と第２基底準位とのエネルギー差ΔＥに相当する周波数ω０に一致したときに起きる。従って、周波数差（ω１−ω２）に応じて第１共鳴光および第２共鳴光のアルカリ金属原子における光吸収率は変化し、周波数差（ω１−ω２）が周波数ω０に一致したときに電磁誘起透過現象が起き、図５に示すように、アルカリ金属原子を透過した第１共鳴光および第２共鳴光の強度が急峻に上昇する。このような電磁誘起透過現象に伴って発生する急峻な信号をＥＩＴ信号と呼ぶ。ＥＩＴ信号は、アルカリ金属原子の種類によって決まった固有値をもっている。それゆえ、このようなＥＩＴ信号を基準として用いることにより、高精度な発振器を構成することができる。
【００３６】
例えば、アルカリ金属原子がセシウム原子である場合、エネルギー差ΔＥに相当する周波数ω０は９．１９２６ＧＨｚであるので、セシウム原子に、周波数差（ω１−ω２）が９．１９２６ＧＨｚである２種類の光を同時に照射すると、ＥＩＴ信号が検出される。
【００３７】
なお、物理パッケージ２は、発光素子２２と原子セル２１との間に、波長板、減光フィルター、レンズ、偏光板等の光学部品が配置されていてもよい。本実施形態の原子発振器１は、波長板、減光フィルター、およびレンズを含み、原子セル２１に入射する光は波長板を通ることによって円偏光されている。
【００３８】
光検出素子２３は、原子セル２１を透過した光の強度を検出する。具体的には、光検出素子２３は、原子セル２１内を透過した光を受光して検出し、検出した光の強度に応じた検出信号を出力する機能を有する。光検出素子２３としては、前述した光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受光素子が挙げられる。
【００３９】
ヒーター２４は、原子セル２１、より具体的には原子セル２１中のアルカリ金属原子、を加熱する機能を有する。これにより、原子セル２１中のアルカリ金属原子のガスを所望濃度に維持することができる。ヒーター２４は、電力の供給により駆動される、すなわち、通電により発熱するものであり、例えば、原子セル２１の外表面に接して設けられているのが好ましい。なお、ヒーター２４は、原子セル２１を加熱することができるものであれば、原子セル２１に対して非接触であってもよい。ヒーター２４としては、特に限定されず、例えば、発熱抵抗体を有する各種ヒーター、ペルチェ素子等が挙げられる。
【００４０】
第１温度センサー２５は、原子セル２１の温度を検出する温度センサーである。そして、第１温度センサー２５の検出結果に基づいて、ヒーター２４の発熱量が制御される。これにより、原子セル２１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。なお、第１温度センサー２５の設置位置は、ヒーター２４によって制御される原子セル２１の温度を検出できる位置であれば特に限定されず、例えば、ヒーター２４上であってもよいし、原子セル２１の外表面上であってもよい。第１温度センサー２５としては、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。
【００４１】
ペルチェ素子２６は、物理パッケージ２を冷却する機能を有する。これにより、物理パッケージ２は、例えばヒーター２４により原子セル２１が加熱され過ぎた場合、所定温度にまで冷却され温度調節される。なお、物理パッケージ２の温度を調節する温度調節素子としては、ペルチェ素子２６に限定されない。
【００４２】
第２温度センサー２７は、シールド２９の外表面付近の温度を検出するものである。そして、第２温度センサー２７の検出結果に基づいて、ペルチェ素子２６の駆動が制御される。これにより、物理パッケージ２を所望の温度に維持することができる。なお、第２温度センサー２７の設置位置は、特に限定されず、例えば、シールド２９の外表面上が好ましい。第２温度センサー２７としては、特に限定されず、第１温度センサー２５と同様に、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。また、第２温度センサー２７は、処理部１１と電気的に接続されている。これにより、第２温度センサー２７での検出結果、すなわち、シールド２９の外表面付近の温度に関する情報が処理部１１に入力される。
【００４３】
第３温度センサー２８は、原子セル２１の温度を検出する温度センサーである。第３温度センサー２８は、後述する第１掃引処理の制御と、ペルチェ素子２６の制御とに用いられる。第３温度センサー２８は、原子セル２１の温度を検出することによって、主に原子発振器１の外気の温度に起因する原子セル２１の温度状態を検出する。従って、図２に示すように、第３温度センサー２８は、ヒーター２４およびペルチェ素子２６による温度制御の影響を、第１温度センサー２５および第２温度センサー２７よりも受けにくい位置に配置されることが好ましい。例えば、第３温度センサー２８は、原子セル２１を介して、第１温度センサー２５と反対側に配置されているのが好ましい。なお、図２においては、図示を簡単にするために第１温度センサー２５、第２温度センサー２７、第３温度センサー２８は全て同じ軸に沿って並べて示しているが、第１温度センサー２５と第３温度センサー２８とが並ぶ軸は、第２温度センサー２７と第１温度センサー２５または第３温度センサー２８とが並ぶ軸と交差することが好ましい。このように配置することで、第３温度センサーへのヒーター２４およびペルチェ素子２６の温度制御の影響を小さくすることができる。第３温度センサー２８としては、特に限定されず、第１温度センサー２５と同様に、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。また、第３温度センサー２８は、処理部１１と電気的に接続されている。これにより、第３温度センサー２８での検出結果、すなわち、原子セル２１の温度に関する情報が処理部１１に入力される。
【００４４】
前述したように、制御回路１０は、バイアス電流調整部３０と、駆動回路３５と、信号生成部４０と、処理部１１と、を有する。
【００４５】
バイアス電流調整部３０は、第１検波回路３１と、バイアス生成回路３２と、第１低周波発振器３３と、第１誤差検出回路３４と、を有する。
【００４６】
第１低周波発振器３３は、数Ｈｚ〜数百Ｈｚ程度の低い周波数で発振し、発振信号を第１検波回路３１およびバイアス生成回路３２へ出力する。
【００４７】
第１検波回路３１は、第１低周波発振器３３から出力された発振信号の周波数を用いて、光検出素子２３の出力信号を同期検波する。
【００４８】
バイアス生成回路３２は、第１誤差検出回路３４の出力に応じて、発光素子２２の制御電流である直流電流を生成する。また、バイアス生成回路３２は、第１検波回路３１による検波を可能とするために、生成した直流電流に第１低周波発振器３３の発振信号を重畳し、バイアス電流として出力する。
【００４９】
第１誤差検出回路３４は、第１掃引回路３４１が内蔵された回路である。第１掃引回路３４１は、光の中心波長の掃引を行う。すなわち、第１掃引回路３４１は、発光素子２２に供給するバイアス電流を掃引する。これにより、例えば、図６に示すように、５本の吸収線の各ピークを、波長の小さいものから順に第１ピークＰ１、第２ピークＰ２、第３ピークＰ３、第４ピークＰ４、第５ピークＰ５としたとき、処理部１１は、これらのピークのうち、ピークが最大、すなわち、光検出素子２３で検出される光の強度が最小であるピークが、第３ピークＰ３であるとして検出することができる。吸収線の１つの「ピーク」とは、光検出素子２３で検出される光の強度をグラフ化した場合に、光の強度が減少を開始してから増加に転じて、その後増加が終了するまでの過程の軌跡を言う。
【００５０】
そして、第１誤差検出回路３４は、第３ピークＰ３の中で、光の強度が減少から増加に移行するとき、すなわち、極小となるときのバイアス電流の値を処理部１１に記憶させる。これにより、バイアス電流が制御されて安定する。バイアス電流を制御して安定させることを「ロックする」と言う。第１掃引回路３４１による掃引を行ってからロックするまでの処理を「第１掃引処理」と言うことがある。
【００５１】
駆動回路３５は、バイアス生成回路３２の出力信号に応じてバイアス電流を微調整して、発光素子２２に供給するバイアス電流を設定する、すなわち、発光素子２２から出射する光の中心波長を設定する。このように、発光素子２２、原子セル２１、光検出素子２３、第１検波回路３１、第１誤差検出回路３４、バイアス生成回路３２および駆動回路３５を通る第１フィードバックループにより、発光素子２２が出射する光の中心波長が制御されて安定する。
【００５２】
また、駆動回路３５は、バイアス電流に変調電流を重畳した駆動電流を発光素子２２に供給する。この変調電流により、発光素子２２に周波数変調がかかり、中心周波数ｆ０の光とともに、中心周波数ｆ０に対してそれぞれ周波数が変調周波数＋ｆｍおよび−ｆｍだけずれた周波数ｆ１、ｆ２の２つのサイドバンド光が発生する。そして、発光素子２２、原子セル２１、光検出素子２３、第２検波回路４２、第２誤差検出回路４７、電圧制御型発振器４３と、変調回路４４と、位相同期回路４６および駆動回路３５を通る第２フィードバックループにより、サイドバンド光が原子セル２１に封入されているアルカリ金属原子にＥＩＴ現象を発生させる共鳴光対となるように、サイドバンド光の周波数が制御される。
【００５３】
信号生成部４０は、第２検波回路４２と、電圧制御型発振器４３と、変調回路４４、第２低周波発振器４５と、位相同期回路４６と、第２誤差検出回路４７と、を有する。
【００５４】
第２検波回路４２は、数Ｈｚ〜数百Ｈｚ程度の低い周波数で発振する第２低周波発振器４５の発振信号を用いて、当該低い周波数で光検出素子２３の出力信号を同期検波する。第２低周波発振器４５の発振周波数は、第１低周波発振器３３の発振周波数とは異なる。そして、電圧制御型発振器４３は、第２検波回路４２の出力信号の大きさに応じて、電圧制御型発振器４３の発振周波数が微調整される。電圧制御型発振器４３は、例えば、１０ＭＨｚの周波数で発振する。
【００５５】
変調回路４４は、第２検波回路４２による検波を可能とするために、第２低周波発振器４５の発振信号を変調信号として電圧制御型発振器４３の出力信号を周波数変調する。
【００５６】
位相同期回路（ＰＬＬ：Phase Locked Loop）４６は、一定の周波数変換率で変調回路４４の出力信号を変換して出力する。これにより、位相同期回路４６は、変調回路４４の出力を逓倍して変調電流をマイクロ波信号として生成する。例えば、位相同期回路４６は、原子セル２１に封入された磁気量子数ｍ＝０のアルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差ΔＥに相当する周波数差の１／２（例えばセシウム原子の場合は９．１９２６ＧＨｚ／２＝４．５９６３ＧＨｚ）に等しい周波数の信号に変換する。なお、位相同期回路４６は、変調回路４４の出力信号を、原子セル２１に封入された磁気量子数ｍ＝０のアルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差ΔＥに相当する周波数差（例えばセシウム原子の場合は９．１９２６ＧＨｚ）に等しい周波数の信号に変換するようにしてもよい。
【００５７】
第２誤差検出回路４７は、第２掃引回路４７１が内蔵された回路である。第２掃引回路４７１は、前記第１掃引回路３４１と同様にして、掃引処理、すなわち、２つのサイドバンド光の波長の掃引を行う。この掃引処理を「第２掃引処理」と言うことがある。
【００５８】
ところで、原子発振器１では、量子干渉効果が生じている駆動時において、中心波長でロックしている。そして、例えば原子発振器１の周辺、すなわち、原子発振器１の使用環境における外気の温度が高くなると、中心波長のロックが外れる場合がある。中心波長のロックが外れた場合、第１掃引処理を行い、再度、ロックさせる。なお、当該ロックでは、原子セル２１による光の吸収帯に含まれる５本の吸収線のうちで、ピークが最大である吸収線である中央の吸収線に対してロックさせる。なお、「ロックが外れる」とは、ロック時に処理部１１に既に記憶されていたバイアス電流の値が解消されることを言う。
【００５９】
例えば、図６に示すような５本の吸収線がある場合、これらのピークのうち、ピークが最大の第３ピークＰ３を有する吸収線に対してロックさせる。
【００６０】
しかし、外気の温度および外気の温度変化が比較的大きい状態で５本の吸収線を検出すると、当該外気の温度の影響により、５本の吸収線を正しく検出することができないことがある。これにより、例えば、本来はピークが最大でロックさせるべき吸収線とは異なる吸収線のピークが最大となり、その異なる吸収線を誤検出してしまう。さらには、誤検出した吸収線にロックさせてしまうことがある。誤検出した吸収線にロックした結果、ＥＩＴ信号が所定の値からずれてしまい、原子発振器１の周波数の精度が低下する。
【００６１】
ここで、前記の「５本の吸収線を正しく検出できない」理由を説明する。
原子セル２１の温度は、ヒーター２４による加熱と、ペルチェ素子２６による冷却とを組み合わせることによって、一定に保つ制御がされている。原子セル２１内のアルカリ金属原子による光の吸収量は、温度に依存する。そのため、第１掃引処理を実行している間の原子セル２１の温度が一定であれば、吸収波形は正しい形で検出される。
【００６２】
しかしながら、第１掃引処理を実行している間に、例えば、比較的短時間に外気の温度に大きな変化が生じ、原子セル２１の温度が変わった場合、アルカリ金属原子による光の吸収量が掃引の途中で変化してしまう。光の吸収量の変化が生じると、前述した原子セル２１の温度が一定の場合に得られるはずの波形とは異なった波形になってしまうことがある。
【００６３】
従って、温度が一定で安定していれば最大であったはずのピーク、すなわち、ロックすべきピーク、と、第１掃引処理で検出された最大のピークとが異なり、原子発振器１では、本来ロックすべきピークとは違うピークを最大と判定してしまうことがある。
【００６４】
例えば、第１ピークＰ１〜第５ピークＰ５が、掃引の途中で温度が変化したことによって図７に示す状態となっている場合を想定する。本来であれば図６のような吸収線が得られ、前述のように第３ピークＰ３を有する吸収線に対してロックすべきところ、図７ではこれとは異なる第１ピークＰ１が最大となっており、この第１ピークＰ１を有する吸収線にロックさせてしまう。
【００６５】
原子発振器１は、光の中心波長の掃引を、原子セル２１の温度に基づいて制御することにより、異なる吸収線にロックする現象の発生を低減する。以下、具体的な構成および作用について説明する。
【００６６】
処理部１１は、第１掃引回路３４１に第１掃引処理を実行させる命令信号を出力して、第１掃引回路３４１に掃引を行わせるものである。処理部１１は、第３温度センサー２８の検出結果に基づいて、単位時間当たりの原子セル２１の温度の変化量が所定値以下である場合に、電流生成回路５０の駆動回路３５から発光素子２２に供給される電流を変化させることにより、当該電流生成回路５０の第１掃引回路３４１に、光の中心波長の掃引、すなわち、第１掃引処理を実行させることができる。
【００６７】
また、処理部１１は、第２掃引回路４７１に第２掃引処理を実行させる命令信号を出力して、第２掃引回路４７１に掃引を行わせることもできる。
【００６８】
また、処理部１１は、第２温度センサー２７の検出結果に基づいて、ペルチェ素子２６を駆動させる命令信号を出力して、ペルチェ素子２６を駆動させることもできる。
【００６９】
処理部１１の構成としては、特に限定されず、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プログラム等の各種情報を記憶するメモリーとを有する構成とすることができる。
【００７０】
次に、第１掃引処理が実行される制御フロー（以下「第１制御フロー」と言う）を、図８に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００７１】
まず、原子発振器１では、発光素子２２から原子セル２１に光を照射した状態として、第１誤差検出回路３４および処理部１１により、第１掃引処理が開始される（ステップＳ１０１）。なお、この第１掃引処理を行なうプログラムは、例えば、処理部１１が有する記憶部に予め記憶されている。
【００７２】
次いで、第３温度センサー２８により検出された原子セル２１の温度（以下「温度Ｔ２１」と言う）が、温度の閾値である第１温度α１を超えたか否かを、処理部１１が判断する（ステップＳ１０２）。
【００７３】
ステップＳ１０２の判断の結果、温度Ｔ２１が第１温度α１を超えたと処理部１１により判断された場合には（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、処理部１１は、第１掃引処理を停止する（ステップＳ１０３）。
【００７４】
一方、ステップＳ１０２の判断の結果、温度Ｔ２１が第１温度α１を超えていないと処理部１１により判断された場合には（ステップＳ１０２：ＮＯ）、処理部１１は、第１掃引処理を継続する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４を実行した後は、ステップＳ１０２に戻り、以後、ステップＳ１０２以降のステップを順次実行する。
【００７５】
また、ステップＳ１０３を実行した後は、単位時間当たりの原子セル２１の温度の変化量（以下「変化量ΔＴ２１」と言う）が、変化量の閾値である所定値（以下「閾値変化量β」と言う）以下であるか否かを、処理部１１が判断する（ステップＳ１０５）。
【００７６】
ステップＳ１０５の判断の結果、変化量ΔＴ２１が閾値変化量β以下であると処理部１１により判断された場合には（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、温度Ｔ２１が、第１温度α１よりも低い温度の閾値である第２温度α２以下であるか否かを、処理部１１が判断する（ステップＳ１０６）。
【００７７】
ステップＳ１０６の判断の結果、温度Ｔ２１が第２温度α２以下であると処理部１１により判断された場合には（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、第１誤差検出回路３４および処理部１１により、第１掃引処理が再開される（ステップＳ１０７）。このように、ステップＳ１０７に行かない限り、第１掃引処理が再開されず、第１掃引処理の停止が継続する。
【００７８】
ここで、ステップＳ１０７、すなわち、第１掃引処理の再開は、ステップＳ１０５およびステップＳ１０６での判断が肯定の場合に実行される。反対に、ステップＳ１０５およびステップＳ１０６での判断が否定となる状態、すなわち、外気の温度および外気の温度変化が比較的大きい状態で第１掃引処理の再開が実行された場合、前述したように、本来ロックされるべき吸収線と異なる吸収線にロックさせてしまうことがある。従って、第１掃引処理の再開条件は、「変化量ΔＴ２１≦閾値変化量β」、かつ、「温度Ｔ２１≦第２温度α２」となっている。なお、第１掃引処理の再開条件からは、「温度Ｔ２１≦第２温度α２」を省略してもよい。
【００７９】
そして、第１掃引処理が再開されれば、各吸収線のピークの状態は、例えば図６に示す状態のように安定する。これにより、処理部１１は、光の強度に基づいて周波数信号の生成に用いる光の中心波長を決定する、すなわち、図６中の第３ピークＰ３を有する吸収線に対してロックさせることができる。
【００８０】
なお、ステップＳ１０５の判断の結果、変化量ΔＴ２１が閾値変化量β以下ではない、すなわち、変化量ΔＴ２１が閾値変化量βよりも大きいと処理部１１により判断された場合には（ステップＳ１０５：ＮＯ）、処理部１１は、第１掃引処理の停止を継続する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８を実行した後は、ステップＳ１０５に戻り、以後、ステップＳ１０５以降のステップを順次実行する。
【００８１】
また、ステップＳ１０６の判断の結果、温度Ｔ２１が第２温度α２以下ではないと処理部１１により判断された場合にも（ステップＳ１０６：ＮＯ）、ステップＳ１０５に戻り、以後、ステップＳ１０５以降のステップを順次実行する。
【００８２】
また、ステップＳ１０７を実行した後は、ステップＳ１０２に戻り、以後、ステップＳ１０２以降のステップを順次実行する。
【００８３】
以上のように、第１掃引処理（掃引）が停止してから再開するには、原子セル２１の温度の変化量ΔＴ２１が閾値変化量β（所定値）以下であり、かつ、原子セル２１の温度Ｔ２１が第２温度α２（所定温度）以下である場合に行われるよう、第１掃引処理再開の実行タイミングが制御される。これにより、原子セル２１の温度変化が所定値以下である場合に第１掃引処理を行うことができるので、ロックさせるべきではないピークにロックされる現象の発生を低減できる。また、原子セル２１の温度Ｔ２１が所定温度以下である場合に第１掃引処理を行うことで、原子セル２１の温度が高すぎることによる周波数の精度低下を低減することができる。このように、原子発振器１では、外気の温度変化に起因して原子発振器１の周波数の精度が低下するのを低減することができる。
【００８４】
また、第１制御フローは、温度が上昇してロックが外れた場合にも適用可能であり、温度が低下してロックが外れた場合にも適用可能である。
【００８５】
また、前述したように、第１制御フローでは、原子セル２１の温度の変化量ΔＴ２１が閾値変化量β（所定値）よりも大きい場合には（ステップＳ１０５：ＮＯ）、第１掃引処理（掃引）を停止している（ステップＳ１０３）。これにより、温度の変化量ΔＴ２１が大きく光の吸収量が最大となるピークを誤検出する可能性が高い期間には第１掃引処理が行われないので、本来ロックされるべきピークと異なるピークにロックさせるのを防止することができる。
【００８６】
また、このような制御により、例えば、原子セル２１の温度が第１温度α１付近で変動を繰り返した場合であっても、第１掃引処理の停止と再開とが繰り返されるといった動作が行われにくい。従って、第１掃引処理を適切な温度条件下で再開することができ、原子発振器１の動作を安定させ易い。
【００８７】
なお、第１温度α１は、特に限定されないが、例えば、５０℃以上９０℃以下の範囲内で設定されるのが好ましく、６０℃以上８０℃以下の範囲内で設定されるのがより好ましい。また、第２温度α２は、特に限定されないが、例えば、４０℃以上８０℃以下の範囲内で設定されるのが好ましく、５０℃以上７０℃以下の範囲内で設定されるのがより好ましい。
【００８８】
また、ステップＳ１０５とステップＳ１０６とは、同時に行われてもよいし、順番が逆転してもよい。ステップＳ１０５とステップＳ１０６とが同時に行われる場合、双方のステップがＹＥＳならば、第１掃引処理を再開し、少なくとも一方のステップがＮＯならば、第１掃引処理の停止を継続する。
【００８９】
原子発振器１では、第１掃引処理を実行する際、ペルチェ素子２６による冷却で、原子セル２１の温度調整を行なうことができる。なお、第１制御フローは、ペルチェ素子２６が省略された場合も適用可能である。
【００９０】
次に、第１掃引処理の実行に伴って、ペルチェ素子２６も作動させる制御フロー（以下「第２制御フロー」と言う）を、図９に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００９１】
まず、原子発振器１では、発光素子２２から原子セル２１に光を照射した状態として、第１誤差検出回路３４および処理部１１により、第１掃引処理が開始される（ステップＳ２０１）。
【００９２】
次いで、ペルチェ素子２６の作動が許可され、必要であれば温度調整が行なわれる（ステップＳ２０２）。なお、ステップＳ２０１とステップＳ２０２とは、同時に行われてもよいし、順番が逆転してもよい。
【００９３】
次いで、第３温度センサー２８により検出された原子セル２１の温度Ｔ２１が第１温度α１を超えたか否かを、処理部１１が判断する（ステップＳ２０３）。
【００９４】
ステップＳ２０３の判断の結果、温度Ｔ２１が第１温度α１を超えたと処理部１１により判断された場合には（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、処理部１１は、第１掃引処理を停止する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０４実行後は、ペルチェ素子２６の作動を許可せずに、ペルチェ素子２６による冷却を停止する（ステップＳ２０５）。なお、ステップＳ２０４とステップＳ２０５とは、同時に行われてもよいし、順番が逆転してもよい。
【００９５】
一方、ステップＳ２０３の判断の結果、温度Ｔ２１が第１温度α１を超えていないと処理部１１により判断された場合には（ステップＳ２０３：ＮＯ）、ステップＳ２０３に戻り、以後、ステップＳ２０３以降のステップを順次実行する。
【００９６】
また、ステップＳ２０５を実行した後は、変化量ΔＴ２１が閾値変化量β以下であるか否かを、処理部１１が判断する（ステップＳ２０６）。
【００９７】
ステップＳ２０６の判断の結果、変化量ΔＴ２１が閾値変化量β以下であると処理部１１により判断された場合には（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、温度Ｔ２１が第２温度α２以下であるか否かを、処理部１１が判断する（ステップＳ２０７）。
【００９８】
ステップＳ２０７の判断の結果、温度Ｔ２１が第２温度α２以下であると処理部１１により判断された場合には（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）、第１誤差検出回路３４および処理部１１により、第１掃引処理が再開される（ステップＳ２０８）。
【００９９】
次いで、ペルチェ素子２６の作動が許可され、必要であれば温度調整が行なわれる（ステップＳ２０９）。なお、ステップＳ２０８とステップＳ２０９とは、同時に行われてもよいし、順番が逆転してもよい。
【０１００】
また、ステップＳ２０６の判断の結果、変化量ΔＴ２１が閾値変化量β以下ではないと処理部１１により判断された場合には（ステップＳ２０６：ＮＯ）、ステップＳ２０６に戻り、以後、ステップＳ２０６以降のステップを順次実行する。
【０１０１】
また、ステップＳ２０７の判断の結果、温度Ｔ２１が第２温度α２以下ではないと処理部１１により判断された場合にも（ステップＳ２０７：ＮＯ）、ステップＳ２０６に戻り、以後、ステップＳ２０６以降のステップを順次実行する。
【０１０２】
また、ステップＳ２０９を実行した後は、ステップＳ２０３に戻り、以後、ステップＳ２０３以降のステップを順次実行する。
【０１０３】
このような第２制御フローにより、第１掃引処理を実行する際に、ペルチェ素子２６による温度調整を行なうことができる。これにより、第１掃引処理を実行している状態であれば、この第１掃引処理実行状態をできる限り維持することができる。また、外気の温度および外気の温度変化が比較的大きくなって、第１掃引処理が停止したとしても、ペルチェ素子２６での温度調整により、第１掃引処理を迅速に再開することができる。
【０１０４】
また、ステップＳ２０６とステップＳ２０７とは、同時に行われてもよいし、順番が逆転してもよい。ステップＳ２０６とステップＳ２０７とが同時に行われる場合、双方のステップがＹＥＳならば、第１掃引処理を再開し、少なくとも一方のステップがＮＯならば、第１掃引処理の停止を継続する。
【０１０５】
以上説明したような原子発振器１は、各種電子機器に組み込むことができる。以下、電子機器を備える周波数信号生成システムの実施形態について説明する。
【０１０６】
図１０は、周波数信号生成システムの一例である、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星を利用した測位システムの概略構成を示す図である。
【０１０７】
図１０に示す周波数信号生成システムの一例である測位システム１１００は、ＧＰＳ衛星１２００と、基地局装置１３００と、ＧＰＳ受信装置１４００とで構成されている。
【０１０８】
ＧＰＳ衛星１２００は、測位情報としてＧＰＳ信号を送信する。
基地局装置１３００は、例えば電子基準点としてＧＰＳ連続観測局に設置されたアンテナ１３０１を介してＧＰＳ衛星１２００からの測位情報を高精度に受信する受信装置１３０２と、受信装置１３０２で受信した測位情報をアンテナ１３０３を介して送信する送信装置１３０４とを備える。
【０１０９】
ここで、受信装置１３０２は、基準周波数発振源である原子発振器１と、原子発振器１からの信号を処理する信号処理部１３０２ａと、を備える。また、受信装置１３０２で受信された測位情報は、リアルタイムで送信装置１３０４により送信される。このように、電子機器である受信装置１３０２は、原子発振器１を含む。このような受信装置１３０２によれば、原子発振器１の効果を用いて受信装置１３０２の特性を向上させることができる。例えば、原子発振器１の特性の個体差が小さいため、原子発振器１の歩留まりを高くして原子発振器１の低コスト化、ひいては受信装置１３０２の低コスト化を図ることができる。
【０１１０】
ＧＰＳ受信装置１４００は、ＧＰＳ衛星１２００からの測位情報をアンテナ１４０１を介して受信する衛星受信部１４０２と、基地局装置１３００からの測位情報をアンテナ１４０３を介して受信する基地局受信部１４０４とを備える。
【０１１１】
以上のように、測位システム１１００（周波数信号生成システム）の受信装置１３０２は、基準周波数発振源である原子発振器１と、原子発振器１からの信号を処理する信号処理部１３０２ａと、を含む。このような測位システム１１００によれば、前述した原子発振器１の効果を用いて測位システム１１００の特性を向上させることができる。
【０１１２】
なお、原子発振器１は、前述したように、アルカリ金属原子が収容された原子セル２１と、原子セル２１に光を照射する発光素子２２と、原子セル２１を透過した光の強度を検出する光検出素子２３と、原子セル２１の温度を検出する第３温度センサー２８と、光の強度に基づいて、発光素子２２を制御する電流を生成する電流生成回路５０と、単位時間当たりの温度の変化量が所定値以下である場合に、電流生成回路５０に、電流生成回路５０から発光素子２２に供給される電流を変化させることによって光の中心波長を掃引させる処理部１１と、を含んでいる。そして、処理部１１は、光の強度に基づいて周波数信号の生成に用いる光の中心波長を決定することができる。
【０１１３】
なお、周波数信号生成システムは、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（Point of Sales）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。また、周波数信号生成システムは、原子発振器１からの信号を処理して信号を生成するシステムであればよく、前述したものに限定されず、例えば、クロック伝送システム等であってもよい。周波数信号生成システムは、原子発振器１からの周波数信号が入力される端子、および、原子発振器１を制御する制御部を含む。
【０１１４】
以上、本発明の原子発振器の制御方法、原子発振器および周波数信号生成システムについて、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。
【０１１５】
また、本発明の各部の構成は、前述した実施形態の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、工程を付加することもできる。
【０１１６】
また、前述した実施形態では、第１掃引処理、すなわち、中心波長（中心周波数）の掃引と、第２掃引処理、すなわち、２つのサイドバンド光の波長（周波数）の掃引とを同一の工程で行っているが、本発明では、これに限定されず、例えば、第１掃引処理を先に行い、第２掃引処理を後に行ってもよい。
【０１１７】
また、前述した実施形態では、温度変化に基づく制御を停止した場合に、単位時間当たりの温度の変化量が所定量よりも大きい場合や温度が所定温度よりも高い場合に、周波数信号の信頼性に関する通知を行うようにしてもよい。具体例としては、例えば、単位時間当たりの温度の変化量や温度について通知する、周波数信号の精度が低下している可能性がある旨を通知する等が挙げられる。
【０１１８】
また、前述した実施形態では、ペルチェ素子等のような冷却素子を省略し、冷却制御を行わないようにしてもよい。
【０１１９】
また、前述した実施形態では、量子干渉効果を利用した原子発振器に本発明を適用した場合を例に説明したが、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にも適用可能である。本発明を、二重共鳴現象を利用した原子発振器に適用した場合、光源としては、半導体レーザーに限定されず、例えば、発光ダイオード、アルカリ金属原子を封入したランプ等を用いることができる。
【０１２０】
また、前述した実施形態における各種の回路は、アナログ回路であってもよいし、デジタル回路であってもよい。
【０１２１】
また、前述した実施形態では、第３温度センサー２８は、原子セルの温度を直接的に検出しているが、これに限定されず、例えば、原子セルの温度に相当する部分の温度を検出するものであってもよい。
【符号の説明】
【０１２２】
１…原子発振器、２…物理パッケージ、２１…原子セル、２２…発光素子、２３…光検出素子、２４…ヒーター、２５…第１温度センサー、２６…ペルチェ素子、２７…第２温度センサー、２８…第３温度センサー、２９…シールド、１０…制御回路、１１…処理部、３０…バイアス電流調整部、３１…第１検波回路、３２…バイアス生成回路、３３…第１低周波発振器、３４…第１誤差検出回路、３４１…第１掃引回路、３５…駆動回路、４０…信号生成部、４２…第２検波回路、４３…電圧制御型発振器、４４…変調回路、４５…第２低周波発振器、４６…位相同期回路、４７…第２誤差検出回路、４７１…第２掃引回路、５０…電流生成回路、１１００…測位システム、１２００…ＧＰＳ衛星、１３００…基地局装置、１３０１…アンテナ、１３０２…受信装置、１３０２ａ…信号処理部、１３０３…アンテナ、１３０４…送信装置、１４００…ＧＰＳ受信装置、１４０１…アンテナ、１４０２…衛星受信部、１４０３…アンテナ、１４０４…基地局受信部、ΔＥ…エネルギー差、ｆ０…中心周波数、ｆ１…周波数、ｆ２…周波数、ｆｍ…変調周波数、Ｐ１…第１ピーク、Ｐ２…第２ピーク、Ｐ３…第３ピーク、Ｐ４…第４ピーク、Ｐ５…第５ピーク、Ｓ１０１〜Ｓ１０７…ステップ、Ｓ２０１〜Ｓ２０９…ステップ、Ｔ２１…温度、ΔＴ２１…変化量、α１…第１温度、α２…第２温度、β…閾値変化量、ω０…周波数、ω１…周波数、ω２…周波数
【図１】
2019220813.tif 000003
【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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