(57)【要約】【課題】  外気温に対する周波数安定度の高い、ＳＣ／ＩＴカット等の２回転系カットを使用することができ、周波数に対する温度特性を改善できる恒温槽付水晶発振器を提供する。【解決手段】  恒温槽９（２０ｂ）内に恒温槽５（２０ａ）を設け、恒温槽９内を温度制御回路１３が感温素子１０で検出した温度に基づいて温度制御を行い、恒温槽５内に第１の振動子１と第２の振動子１が設けられ、両者の発振周波数差に基づいて温度制御回路８が温度制御を行い、特に、温度制御回路１３は、第１の振動子１と第２の振動子２との振動子温度に対する発振周波数の差が１対１に対応する、温度傾斜が正又は負の方向となるいずれか一方の温度領域で温度制御を行う恒温槽付水晶発振器である。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
恒温槽付水晶発振器であって、
第１の恒温槽と、
前記第１の恒温槽内に設けられる第２の恒温槽と、
前記第１の恒温槽内の温度を検出する感温素子と、
前記感温素子で検出された温度に基づいて前記第１の恒温槽内の温度を制御する第１の温度制御回路と、
前記第２の恒温槽内に設けられる第１の振動子及び第２の振動子と、
前記第１の振動子と前記第２の振動子との発振周波数の差を検出する周波数差検出部と、
前記検出された周波数の差に基づいて前記第２の恒温槽内の温度を制御する第２の温度制御回路とを有し、
前記第１の振動子と前記第２の振動子は、温度に対する周波数特性が異なるものであり、
前記第１の温度制御回路は、前記第１の振動子と前記第２の振動子との振動子温度に対する発振周波数の差が１対１に対応する温度領域で温度制御を行うことを特徴とする恒温槽付水晶発振器。
【請求項２】
第１の振動子は、２回転系カットの水晶振動子であり、
第１の温度制御回路は、前記第１の振動子と第２の振動子との発振周波数の差に対応して、振動子温度の温度傾斜が正又は負の方向となるいずれか一方の温度領域で温度制御を行うことを特徴とする請求項１記載の恒温槽付水晶発振器。
【請求項３】
第１の温度制御回路は、第１の振動子と第２の振動子との発振周波数の差に対して、振動子温度が最低となる変曲点付近から温度傾斜が正の方向となる温度領域で温度制御を行うことを特徴とする請求項２記載の恒温槽付水晶発振器。
【請求項４】
第１の振動子は、ＳＣカット又はＩＴカットの水晶振動子としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の恒温槽付水晶発振器。
【請求項５】
第２の振動子は、ＡＴカット又はＳＣカットのＢモードの水晶振動子としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の恒温槽付水晶発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、恒温槽付水晶発振器に係り、特に、周波数に対する温度特性を改善できる恒温槽付水晶発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
［従来の技術］
従来の恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled Crystal Oscillator）は、温度を一定に保つ温度槽を備え、当該恒温槽内に水晶振動子を格納して外部の温度に影響されにくい安定した発振を行う水晶発振器である。
【０００３】
また、従来のＯＣＸＯには、異なる周波数、異なる温度傾斜を有する２つの振動子を発振させ、異なる周波数の差分を用いて恒温槽の温度制御を行うものがある。
上記のＯＣＸＯは、周波数差の温度による変化が直線であることを利用して恒温槽の温度を一定に保つものである。
【０００４】
［従来のＯＣＸＯの構造：図４］
次に、従来のＯＣＸＯについて図４を参照しながら説明する。図４は、従来のＯＣＸＯの断面説明図である。
従来のＯＣＸＯは、図４に示すように、プリント基板３４の表面に第１の振動子３１が搭載され、プリント基板３４の裏面に第２の振動子３２が搭載され、更に、プリント基板３４の表面及び裏面には、発振回路、ヒータ、温度制御回路等が装着されている。
【０００５】
そして、プリント基板３４は、複数のリード端子によってベース３３に固定され、第１の振動子３１及び第２の振動子３２、プリント基板３４等を覆うようにケース３５が設けられる。
ベース３３とケース３５とで恒温槽３０が形成され、第１の振動子３１と第２の振動子３２との周波数差が周波数差検出部で検出され、温度制御回路によって検出周波数差に応じてヒータを制御して、恒温槽３０内の温度を一定に保つよう動作する。
【０００６】
［従来のＯＣＸＯの回路：図５］
次に、従来のＯＣＸＯについて図５を参照しながら説明する。図５は、従来のＯＣＸＯの回路図である。
従来のＯＣＸＯは、図５に示すように、第１の振動子１からの発振出力が、発振回路３と発振出力端子１４に入力され、第２の振動子２からの発振出力が、発振回路４に入力される。
尚、第１の振動子１と第２の振動子２は、ＡＴカットの水晶振動子を使用しており、第１の振動子１の発振周波数と第２の振動子２の発振周波数の温度に対する変化は異なっている。
また、発振出力端子１４は、発振出力を外部へ出力する。
【０００７】
発振回路３，４は、入力された信号を増幅して排他的論理和（ＥｘＯＲ）回路１５に出力する。
ＥｘＯＲ回路１５は、入力される信号の排他的論理和をとり、周波数差検出部６に出力する。
周波数差検出部６は、ＥｘＯＲ回路１５で得られた排他的論理和から周波数の差分を検出し、温度制御回路８に出力する。
温度制御回路８は、周波数差検出部６からの周波数差分の情報に基づいてヒータ等により恒温槽３０内の温度制御を行う。
【０００８】
［ＡＴカットの水晶振動子の特性：図６］
次に、従来のＯＣＸＯにおける第１の振動子と第２の振動子にＡＴカットの水晶振動子を使用した場合の特性について図６を参照しながら説明する。図６は、第１の振動子と第２の振動子にＡＴカットの水晶振動子を使用した場合の第１の振動子と第２の振動子の発振周波数差の温度特性図である。図６では、横軸が振動子温度を、縦軸が量子化周波数差を示している。
図６に示すように、第１の振動子１と第２の振動子２にＡＴカットの水晶振動子を用いた場合の振動子の温度（振動子温度）に対する周波数差の特性は、１対１に対応し、温度制御回路で任意の温度に恒温槽温度を制御できる。
【０００９】
［ＳＣ／ＩＴカットの水晶振動子の特性：図７］
尚、第１及び第２の振動子にＳＣ／ＩＴカット等の２回転系カットの水晶振動子を使用し、第１の振動子をＣｍｏｄｅ（Ｃモード）で、第２の振動子をＢｍｏｄｅ（Ｂモード）で発振させた場合の特性について図７を参照しながら説明する。図７は、第１の振動子と第２の振動子の発振周波数差の温度による変化を示している。
【００１０】
［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開２０１３−０５１６７６号公報「水晶発振器」（日本電波工業株式会社）［特許文献１］、特開平０４−０６８９０３号公報「温度検知機能を有する発振器および水晶発振素子並びに温度検出方法」（朝日電波工業株式会社）［特許文献２］、特開２００４−０４８６８６号公報「高安定圧電発振器」（東洋通信機株式会社）［特許文献３］がある。
【００１１】
特許文献１には、水晶発振器において、第１の振動子と第２の振動子との発振周波数の差分を検出し、その差分をループフィルタに供給し、恒温槽内のヒータを制御することが示されている。
特許文献２には、発振器において、基本波とｎ次オーバートーン振動の周波数の差を検出し、その差に基づいて恒温槽内の温度制御することが示されている。
特許文献３には、高安定圧電発振器において、圧電素子を収納する第１の恒温槽を第２の恒温槽が収納し、第１の恒温槽の温度を第２の恒温槽の温度より低くしたことが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１３−０５１６７６号公報
【特許文献２】特開平０４−０６８９０３号公報
【特許文献３】特開２００４−０４８６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来のＯＣＸＯでは、発振周波数差の温度による変化が直線である振動子の組み合わせは、振動子周波数の温度傾斜が最小になる温度（ＺＴＣ温度）が異なるＡＴカット水晶振動子に限定され、ＡＴカット振動子より外気温に対する周波数変化率が小さい、つまり、外気温に対する周波数安定度が高い、ＳＣ／ＩＴカット等の２回転系カットを使用する場合、周波数差の温度による変化が直線にならず、温度制御を行うことができないという問題点があった。
【００１４】
尚、特許文献１では、第１の振動子と第２の振動子は振動子温度に対する周波数差の特性が１対１に対応する直線性を有する水晶振動子を使用するもので、外気温に対する周波数安定度が高い、ＳＣ／ＩＴカット等の水晶振動子を使用して、周波数に対する温度特性を改善するものではない。
【００１５】
また、特許文献１と特許文献２では、恒温槽を二重にして内側の恒温槽内に設けられた振動子の動作温度の範囲を外側に恒温槽で温度制御することは記載されていない。
更に、特許文献３では、二重の恒温槽を有するものであるが、電子部品等の熱エージングによる劣化を防止するもので、２つの振動子の周波数差によって安定した温度制御を行うものではない。
【００１６】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、外気温に対する周波数安定度の高い、ＳＣ／ＩＴカット等の２回転系カットを使用することができ、周波数に対する温度特性を改善できる恒温槽付水晶発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、恒温槽付水晶発振器であって、第１の恒温槽と、第１の恒温槽内に設けられる第２の恒温槽と、第１の恒温槽内の温度を検出する感温素子と、感温素子で検出された温度に基づいて第１の恒温槽内の温度を制御する第１の温度制御回路と、第２の恒温槽内に設けられる第１の振動子及び第２の振動子と、第１の振動子と第２の振動子との発振周波数の差を検出する周波数差検出部と、検出された周波数の差に基づいて第２の恒温槽内の温度を制御する第２の温度制御回路とを有し、第１の振動子と第２の振動子は、温度に対する周波数特性が異なるものであり、第１の温度制御回路は、第１の振動子と第２の振動子との振動子温度に対する発振周波数の差が１対１に対応する温度領域で温度制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、第１の振動子が、２回転系カットの水晶振動子であり、第１の温度制御回路が、第１の振動子と第２の振動子との発振周波数の差に対応して、振動子温度の温度傾斜が正又は負の方向となるいずれか一方の温度領域で温度制御を行うことを特徴とする。
【００１９】
本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、第１の温度制御回路が、第１の振動子と第２の振動子との発振周波数の差に対して、振動子温度が最低となる変曲点付近から温度傾斜が正の方向となる温度領域で温度制御を行うことを特徴とする。
【００２０】
本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、第１の振動子が、ＳＣカット又はＩＴカットの水晶振動子としたことを特徴とする。
【００２１】
本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、第２の振動子が、ＡＴカット又はＳＣカットのＢモードの水晶振動子としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、第１の恒温槽と、第１の恒温槽内に設けられる第２の恒温槽と、第１の恒温槽内の温度を検出する感温素子と、感温素子で検出された温度に基づいて第１の恒温槽内の温度を制御する第１の温度制御回路と、第２の恒温槽内に設けられる第１の振動子及び第２の振動子と、第１の振動子と第２の振動子との発振周波数の差を検出する周波数差検出部と、検出された周波数の差に基づいて第２の恒温槽内の温度を制御する第２の温度制御回路とを有する恒温槽付水晶発振器であり、第１の振動子と第２の振動子は、温度に対する周波数特性が異なり、第１の温度制御回路は、第１の振動子と第２の振動子との振動子温度に対する発振周波数の差が１対１に対応する温度領域で温度制御を行うようにしているので、外気温に対する周波数安定度の高い、ＳＣ／ＩＴカット等の２回転系カットを使用することができ、周波数に対する温度特性を改善できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の断面説明図である。
【図２】本発振器の回路図である。
【図３】第１の振動子にＳＣ／ＩＴカットの水晶振動子を、第２の振動子にＡＴカットの水晶振動子を使用した場合の特性と温度範囲を示す図である。
【図４】従来のＯＣＸＯの断面説明図である。
【図５】従来のＯＣＸＯの回路図である。
【図６】第１の振動子と第２の振動子にＡＴカットの水晶振動子を使用した場合の第１の振動子と第２の振動子の発振周波数差の温度特性図である。
【図７】第１及び第２の振動子にＳＣ／ＩＴカット等の２回転系カットの水晶振動子を使用し、第１の振動子をＣｍｏｄｅで、第２の振動子をＢｍｏｄｅで発振させた場合の第１の振動子と第２の振動子の発振周波数差の温度特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器は、第１の恒温槽内に第２の恒温槽を設け、第１の恒温槽内を第１の温度制御回路が検出した温度に基づいて温度制御を行い、第２の恒温槽内に第１の振動子と第２の振動子が設けられ、両者の発振周波数差に基づいて第２の温度制御回路が温度制御を行い、特に、第１の温度制御回路は、第１の振動子と第２の振動子との振動子温度に対する発振周波数の差が１対１に対応する、温度傾斜が正又は負の方向となるいずれか一方の温度領域で温度制御を行うものであり、外気温に対する周波数安定度の高い、ＳＣ／ＩＴカット等の２回転系カットの水晶振動子であっても動作温度を限定することで使用することができ、周波数に対する温度特性を改善できるものである。
【００２５】
［本発振器の構造：図１］
本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器（本発振器）について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の断面説明図である。
本発振器は、図１に示すように、第１のプリント基板２４の表面に第１の振動子２１が搭載され、第１のプリント基板２４の裏面に第２の振動子２２が搭載され、更に、第１のプリント基板２４の表面及び裏面には、発振回路、ヒータ、温度制御回路等が装着されている。
【００２６】
そして、第１のプリント基板２４は、複数のリード端子によって第１のベース２３に固定され、第１の振動子２１及び第２の振動子２２、第１のプリント基板２４等を覆うように第１のベースに第１のケース２５が設けられる。
第１のベース２３と第１のケース２５とで恒温槽２０ａが形成される。
【００２７】
また、第１のベースは、複数のリード端子によって第２のプリント基板２６に固定され、更に、第２のプリント基板２６は、複数のリード端子によって第２のベース２７に固定されている。
そして、第１のベース２３、第１のケース２５、第２のプリント基板２６等を覆うように第２のベース２７に第２のケース２８が設けられている。
第２のベース２７と第２のケース２８とで恒温槽２０ｂが形成される。
尚、請求項では、恒温槽２０ｂを「第１の恒温槽」と記載し、恒温槽２０ａを「第２の恒温槽」と記載している。
【００２８】
恒温槽２０ｂ内に設けられた温度センサ等の感温素子によって恒温槽２０ｂ内の温度が検出され、その検出温度に基づいて第１の温度制御回路（請求項における第１の温度制御回路）が恒温槽２０ｂ内のヒータを制御して、恒温槽２０ｂ内の温度を特定の温度領域に保つよう動作し、そして、恒温槽２０ａ内がその特定の温度領域で動作することになる。この特定の温度領域については後述する。
【００２９】
恒温槽２０ａ内に設けられた第１の振動子２１と第２の振動子２２との発振周波数の差が周波数差検出部で検出され、第２の温度制御回路（請求項における第２の温度制御回路）によって検出周波数差に応じて恒温槽２０ａ内のヒータを制御して、恒温槽２０ａ内の温度を一定に保つよう動作する。
【００３０】
［本発振器の回路：図２］
次に、本発振器の回路について図２を参照しながら説明する。図２は、本発振器の回路図である。
本発振器は、図２に示すように、第１の振動子１からの発振出力が、発振回路３と発振出力端子１４に入力され、第２の振動子２からの発振出力が、発振回路４に入力される。
また、発振出力端子１４は、発振出力を外部へ出力する。
尚、第１の振動子１は、ＳＣ／ＩＴカット等の２回転系カットの水晶振動子を使用し、第２の振動子２は、ＡＴカット又はＳＣカットＢモードの水晶振動子を使用しており、第１の振動子の発振周波数と第２の振動子の発振周波数は温度に対して異なっている。
【００３１】
第１の振動子１にＳＣ／ＩＴカットの水晶振動子を用いるのはＡＴカットの振動子より外気温に対する周波数が安定するからである。
また、第２の振動子２にＡＴカット又はＳＣカットＢモードの水晶振動子を用いているので、温度センサとして機能すれば足りるからである。
【００３２】
発振回路３，４は、入力された信号を増幅して周波数差検出部６に出力する。
周波数差検出部６は、入力側に排他的論理和（ＥｘＯＲ）回路を備えており、ＥｘＯＲ回路が、入力される信号の排他的論理和をとり、その排他的論理和から周波数の差分を検出し、温度制御回路８に出力する。
目標周波数差保持部７は、目標周波数の差分のデータを記憶している。
温度制御回路８は、目標周波数差保持部７から目標周波数の差分のデータを読み込み、周波数差検出部６からの周波数差分の情報と目標周波数の差分のデータとに基づいてヒータ等により恒温槽５内の温度制御を行う。
【００３３】
具体的には、温度制御回路８は、周波数差検出部６からの周波数差分の情報と目標周波数の差分のデータとの両者の差を演算し、その差がゼロになるよう恒温槽５内の温度を制御する。
恒温槽５は、請求項における「第２の恒温槽」である。
【００３４】
また、第２のプリント基板等には、感温素子１０、目標温度保持部１１、温度差検出部１２、温度制御回路１３が搭載されている。
感温素子１０は、温度センサで、例えば、サーミスタ等を用い、恒温槽９内の温度を検出している。
目標温度保持部１１は、恒温槽９内の温度を制御するための目標温度のデータを記憶している。
【００３５】
温度差検出部１２は、感温素子１０から検出された温度の値を入力し、目標温度保持部１１から目標温度のデータを読み込み、目標温度のデータと検出温度の値と差を検出して温度制御回路１３に温度差の情報を出力する。
温度制御回路１３は、温度差検出部１２からの温度差の情報に基づいて、当該温度差がゼロとなるようヒータ等を制御して恒温槽９内の温度を特定温度領域となるよう制御する。これにより、恒温槽９内に設けられた恒温槽５は、その特定温度領域で安定して動作するようになるものである。
【００３６】
［本発振器の温度範囲：図３］
次に、本発振器における振動子温度の温度範囲について図３を参照しながら説明する。図３は、第１の振動子にＳＣ／ＩＴカットの水晶振動子を、第２の振動子にＡＴカットの水晶振動子を使用した場合の特性と温度範囲を示す図である。図３では、横軸が振動子温度を、縦軸が量子化周波数差を示している。
図３では、第１の振動子にＳＣ／ＩＴカット等の２回転系カットの水晶振動子を、第２の振動子をＡＴカットの水晶振動子を使用した場合の特性を示しており、矢印Ａで示した温度範囲は、第１の振動子と第２の振動子の周波数差と振動子温度は１対１に対応していないが、矢印Ｂで示した温度範囲は、第１の振動子と第２の振動子の周波数差と振動子温度は１対１に対応し、２つの振動子を用いた周波数差による温度制御を行うことができる。
【００３７】
つまり、矢印Ｂの温度範囲に振動子温度を限定すれば、第１の振動子と第２の振動子の周波数差と振動子温度は、１対１に対応し、ＯＣＸＯの温度制御回路８では任意に温度に振動子温度を制御できる。
従って、温度制御回路１３は、図３の矢印Ｂに示した、第１の振動子と第２の振動子との振動子温度に対する周波数差が１対１に対応する最も低い温度以上に設定する。つまり、図３の変曲点（最低の温度）付近から温度傾斜が正の方向となる温度領域に設定している。
【００３８】
また、図３の変曲点付近から温度傾斜が負の方向となる温度領域に設定しても、第１の振動子と第２の振動子の周波数差と振動子温度は１対１に対応するので、２つの振動子を用いた周波数差による温度制御を行うことができる。
【００３９】
［実施の形態の効果］
本発振器によれば、恒温槽９（２０ｂ）内に恒温槽５（２０ａ）を設け、恒温槽９内を温度制御回路１３が感温素子１０で検出した温度に基づいて温度制御を行い、恒温槽５内に第１の振動子１と第２の振動子１が設けられ、両者の発振周波数差に基づいて温度制御回路８が温度制御を行い、特に、温度制御回路１３は、第１の振動子１と第２の振動子２との振動子温度に対する発振周波数の差が１対１に対応する、温度傾斜が正又は負の方向となるいずれか一方の温度領域で温度制御を行うようにしているので、外気温に対する周波数安定度の高い、ＳＣ／ＩＴカット等の２回転系カットの水晶振動子であっても動作温度を限定することで使用することができ、周波数に対する温度特性を改善できる効果がある。
【００４０】
特に、本発振器によれば、温度制御回路１３は、第１の振動子１と第２の振動子２との発振周波数の差に対して、振動子温度が最低となる変曲点付近から温度傾斜が正の方向となる温度領域で温度制御を行うようにしているので、ＳＣ／ＩＴカット等の２回転系カットの水晶振動子であっても使用することができ、周波数に対する温度特性を改善できる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、外気温に対する周波数安定度の高い、ＳＣ／ＩＴカット等の２回転系カットを使用することができ、周波数に対する温度特性を改善できる恒温槽付水晶発振器に好適である。
【符号の説明】
【００４２】
１...第１の振動子、  ２...第２の振動子、  ３...発振回路、  ４...発振回路、  ５...恒温槽、  ６...周波数差検出部、  ７...目標周波数差保持部、  ８...温度制御回路、  ９...恒温槽、  １０...感温素子、  １１...目標温度保持部、  １２...温度差検出部、  １３...温度制御回路、  １４...発振出力端子、  １５...排他論理和（ＥＯＲ）回路、  ２０ａ，２０...恒温槽、  ２１...第１の振動子、  ２２...第２の振動子、  ２３...第１のベース、  ２４...第１のプリント基板、  ２５...第１のケース、  ２６...第２のプリント基板、  ２７...第２のベース、  ２８...第２のケース、  ２９...、  ３０...恒温槽、  ３１...第１の振動子、  ３２...第２の振動子、  ３３...ベース、  ３４...プリント基板、  ３５...ケース
【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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