JP2014099728A - 原子発振器、原子発振器の特性調整方法、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスセル内の金属原子を磁場によりゼーマン分裂させる構成において、その金属原子が受ける磁場の方向を調整し、発振周波数の精度を向上させることができる原子発振器を提供すること、また、この原子発振器を備える信頼性に優れた電子機器および移動体を提供すること。
【解決手段】本発明の原子発振器は、ガス状の金属原子が封入されているガスセル２と、ガスセル２内の金属原子を励起する励起光ＬＬを出射する光源と、ガスセル２内に励起光ＬＬの軸ａに沿った第１方向の第１磁場を発生させる第１磁場発生部８と、ガスセル２内に第１方向と交差する第２方向の第２磁場を発生させる第２磁場発生部９と、第２磁場の第２方向を調整する磁場方向調整部２０と、を備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、原子発振器、原子発振器の特性調整方法、電子機器および移動体に関するものである。

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として、波長の異なる２種類の光による量子干渉効果（ＣＰＴ：Coherent Population Trapping）を利用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
従来、このような原子発振器では、例えば、特許文献１に記載されているように、発振周波数の高精度化を図る目的で、ガスセル内に封入されたアルカリ金属原子の縮退した複数のエネルギー準位を定常磁場により分裂（ゼーマン分裂）させることが行われる。

ここで、ガスセル内において気化したアルカリ金属原子は空間的な広がりを持って分布している。この空間的な広がりを持ったアルカリ金属原子に対しては磁場強度の分布が均一な所定方向の磁場を与えることが望ましい。その理由は、磁場強度が不均一な領域が存在すると、その領域に存在するアルカリ金属原子が磁場強度の変化の影響を受け、原子発振器の出力信号の周波数精度に影響するからである。また、アルカリ金属原子を励起する光の照射方向に対して磁場の方向が変化すると、量子干渉状態が変化し、原子発振器の出力信号の周波数精度に影響するからである。
しかし、従来の原子発振器では、アルカリ金属原子のゼーマン分裂のためのコイルからの磁場以外の磁場の影響により、アルカリ金属原子が受ける磁場が変動し、その結果、発振周波数が不安定になるという問題があった。

米国特許第６３２０４７２号明細書

本発明の目的は、ガスセル内の金属原子を磁場によりゼーマン分裂させる構成において、その金属原子が受ける磁場の方向を調整し、発振周波数の精度を向上させることができる原子発振器を提供すること、また、この原子発振器を備える信頼性に優れた電子機器および移動体を提供することにある。

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。
［適用例１］
本発明の原子発振器は、ガス状の金属原子が封入されているガスセルと、
前記ガスセル内の前記金属原子を励起する励起光を出射する光源と、
前記ガスセル内に前記励起光の軸に沿った第１方向の第１磁場を発生させる第１磁場発生部と、
前記ガスセル内に前記第１方向と交差する第２方向の第２磁場を発生させる第２磁場発生部と、
前記第２磁場の前記第２方向を調整する磁場方向調整部と、を備えることを特徴とする。
このように構成された原子発振器によれば、ガスセル内の金属原子を磁場によりゼーマン分裂させる構成において、金属原子が受ける磁場の方向を調整し、発振周波数の精度を向上させることができる。

［適用例２］
本発明の原子発振器では、前記磁場方向調整部は、前記ガスセル内における前記励起光の軸の方向に対する前記第２方向を調整するものであることが好ましい。
これにより、金属原子が受ける磁場の方向成分のうち励起光の軸に対して垂直な方向成分を第２磁場により相殺または緩和することができる。

［適用例３］
本発明の原子発振器では、前記磁場方向調整部は、前記ガスセル内における前記励起光の軸の方向と前記第２方向とのなす角度を調整するものであることが好ましい。
これにより、ガスセル内における第１磁場以外の磁場を第２磁場により相殺または緩和することができる。

［適用例４］
本発明の原子発振器では、前記第２磁場発生部は、前記第２磁場を発生させる第２コイルを有し、
前記磁場方向調整部は、前記励起光の軸に沿った方向の第１軸まわりに回動し、前記第２コイルを支持する支持部材を有することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、ガスセル内における第２磁場の強度を一定に保ちつつ、ガスセル内における励起光の軸に平行な方向からみたときの第２方向（第２磁場の方向）を変更することができる。

［適用例５］
本発明の原子発振器では、前記磁場方向調整部は、前記第１軸に交差する第２軸まわりに回動し、前記支持部材を前記第１軸まわりに回動しつつ保持する保持部材を有することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、ガスセル内における第２磁場の強度を一定に保ちつつ、ガスセル内における励起光の軸に平行な方向に対する第２方向（第２磁場の方向）の傾きを変更することができる。

［適用例６］
本発明の原子発振器では、前記支持部材および前記保持部材は、それぞれ、環状をなす環状体で構成され、
前記支持部材および前記保持部材は、一方がその周方向に沿って形成された溝を有し、他方が前記溝に係合する係合部を有し、前記係合部が前記溝に沿ってスライドするよう構成されていることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、ガスセル内における励起光の軸に平行な方向からみたときの第２方向（第２磁場の方向）を広範囲に変更することができる。

［適用例７］
本発明の原子発振器では、前記第２コイルは、前記ガスセルを挟むように配置されたヘルムホルツコイルであることが好ましい。
これにより、ガスセル内に均一な第２磁場を発生させることができる。また、ヘルムホルツコイルを構成する１対のコイル間を貫くように、励起光の光路および第１磁場を設定することができる。

［適用例８］
本発明の原子発振器では、前記第１磁場発生部は、前記第１磁場を発生させる第１コイルを有し、
前記第１コイルは、前記ガスセルを挟むように配置されたヘルムホルツコイルであることが好ましい。
これにより、ガスセル内に均一な第１磁場を発生させることができる。

［適用例９］
本発明の原子発振器では、通電により発熱し、前記ガスセルを加熱するヒーターを備えることが好ましい。
これにより、ガスセル内の所望量の金属原子をガス状に維持することができる。また、ヒーターに通電することにより磁場が発生するが、かかる磁場は、金属原子が受ける磁場の不要な方向成分となり得る。したがって、かかる磁場を第２磁場により相殺または緩和することができる。

［適用例１０］
本発明の原子発振器では、前記ガスセルは、前記励起光が入射する入射側窓部と、前記励起光が出射する出射側窓部とを有し、
前記ヒーターは、前記入射側窓部に設けられた第１発熱抵抗体と、前記出射側窓部に設けられた第２発熱抵抗体とを有し、前記第１発熱抵抗体および前記第２発熱抵抗体に前記励起光の軸に垂直な方向に沿って互いに同じ方向に通電することにより発熱することが好ましい。

これにより、入射側窓部および出射側窓部に金属原子が結露するのを防止することができる。その結果、長期にわたり優れた発振特性を発揮することができる。また、第１発熱抵抗体と第２発熱抵抗体との間のガスセル内において、第１発熱抵抗体から生じる磁場と、第２発熱抵抗体から生じる磁場とを互いに相殺または緩和することができる。また、ヒーターによるガスセル内の磁場を完全に相殺しきれなくても、その相殺しきれなかった磁場を第２磁場により相殺または緩和することができる。

［適用例１１］
本発明の原子発振器では、前記ガスセル、前記第１磁場発生部および前記第２磁場発生部を囲むように設けられ、磁気シールド性を有するシールドを備えることが好ましい。
これにより、第１磁場および第２磁場以外の磁場がガスセル内の金属原子に対して作用するのを防止することができる。そのため、磁場方向調整部による調整が簡単かつ確実となる。

［適用例１２］
本発明の原子発振器の特性調整方法は、ガス状の金属原子が封入されているガスセルと、
前記ガスセル内の前記金属原子を励起する励起光を出射する光源と、
前記ガスセル内に前記励起光の軸に沿った第１方向の第１磁場を発生させる第１磁場発生部と、
前記ガスセル内に前記第１方向と交差する第２方向の第２磁場を発生させる第２磁場発生部と、
前記第２磁場の前記第２方向を調整する磁場方向調整部と、を備える原子発振器の特性調整方法であって、
前記ガスセルを透過した前記励起光の強度を測定しながら、その測定結果に基づいて、前記磁場方向調整部により前記第２磁場の前記第２方向を調整することを特徴とする。
このような原子発振器の特性調整方法によれば、ガスセル内の金属原子を磁場によりゼーマン分裂させる原子発振器において、金属原子が受ける磁場の方向を調整し、発振周波数の精度を向上させることができる。

［適用例１３］
本発明の原子発振器の特性調整方法では、前記磁場方向調整部による調整は、前記ガスセルを透過した前記励起光の強度が最大となるように行うことが好ましい。
これにより、比較的簡単かつ確実に、金属原子が受ける磁場の方向を最適化し、発振周波数の精度を向上させることができる。

［適用例１４］
本発明の原子発振器の特性調整方法では、前記磁場方向調整部による調整は、前記測定結果に基づいて、前記ガスセル内における前記励起光の軸の方向に対する前記第２方向を調整する第１工程を有することが好ましい。
これにより、金属原子が受ける磁場の方向成分のうち励起光の軸に対して垂直な方向成分を第２磁場により相殺または緩和することができる。

［適用例１５］
本発明の原子発振器の特性調整方法では、前記磁場方向調整部による調整は、前記第１工程の後に、前記測定結果に基づいて、前記ガスセル内における前記励起光の軸の方向と前記第２方向とのなす角度を調整する第２工程を有することが好ましい。
これにより、ガスセル内における第１磁場以外の磁場を第２磁場により相殺または緩和することができる。

［適用例１６］
本発明の電子機器は、本発明の原子発振器を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性に優れた電子機器を提供することができる。
［適用例１７］
本発明の移動体は、本発明の原子発振器を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性に優れた移動体を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る原子発振器を示す概略図である。 図１に示す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である。 図１に示す原子発振器の光源および光検出部について、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である。 図１に示す原子発振器のガスセルおよびヒーターを示す斜視図である。 図１に示す原子発振器のヒーターによる磁場を説明するための図である。 図１に示す原子発振器の第２磁場発生部を説明するため図（Ｘ軸方向からみた図）である。 図１に示す原子発振器の第２磁場発生部を説明するため図（Ｙ軸方向からみた図）である。 図６および図７に示す磁場方向調整部の部分拡大断面図である。 図１に示す原子発振器における磁場調整方法（本発明の原子発振器の特性調整方法）の一例を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る原子発振器を示す縦断面図である。 図１０に示す原子発振器の横断面図である。 ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明の電子機器を用いた場合の概略構成を示す図である。 本発明の原子発振器を用いたクロック伝送システムの一例を示す概略構成図である。 本発明の移動体の一例を示す図である。

以下、本発明の原子発振器、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜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を示す概略図である。また、図２は、図１に示す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３は、図１に示す原子発振器の光源および光検出部について、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である。また、図４は、図１に示す原子発振器のガスセルおよびヒーターを示す斜視図、図５は、図１に示す原子発振器のヒーターによる磁場を説明するための図である。また、図６は、図１に示す原子発振器の第２磁場発生部を説明するため図（Ｘ軸方向からみた図）、図７は、図１に示す原子発振器の第２磁場発生部を説明するため図（Ｙ軸方向からみた図）、図８は、図６および図７に示す磁場方向調整部の部分拡大断面図である。また、図９は、図１に示す原子発振器における磁場調整方法（本発明の原子発振器の特性調整方法）の一例を説明するための図である。

なお、図４〜７、９では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、その図示された各矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」とする。また、以下では、説明の便宜上、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。
図１に示す原子発振器１は、量子干渉効果を利用した原子発振器である。

この原子発振器１は、図１に示すように、ガスセル２と、光源３と、光学部品４１、４２、４３、４４と、光検出部５と、ヒーター６と、温度センサー７と、第１磁場発生部８と、第２磁場発生部９と、制御部１０とを備える。
特に、この原子発振器１は、磁場方向調整部２０を備える（図６および図７参照）。また、原子発振器１は、シールド１４を備える（図６および図７参照）。

まず、原子発振器１の原理を簡単に説明する。
原子発振器１では、ガスセル２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２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。

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、２を前述したようなガス状のアルカリ金属に照射すると、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、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、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、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現象または電磁誘起透明化現象（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）と呼ぶ。

光源３は、ガスセル２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）を出射する。
ここで、例えば、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５の検出強度は、図３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信号と呼ぶ。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信号を基準として用いることにより、高精度な発振器を実現することができる。

以下、原子発振器１の各部を順次詳細に説明する。
［ガスセル］
ガスセル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が封入されている。
図４に示すように、ガスセル２は、柱状の貫通孔２１１を有する本体部２１と、その貫通孔２１１の両開口を封鎖する１対の窓部２２、２３とを有する。これにより、前述したようなアルカリ金属が封入される内部空間Ｓが形成される。

ここで、ガスセル２の各窓部２２、２３は、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、ガスセル２内へ励起光ＬＬが入射する入射側窓部であり、他方の窓部２３は、ガスセル２内から励起光ＬＬが出射する出射側窓部である。
また、窓部２２、２３は、それぞれ、板状をなし、その板面が励起光ＬＬの軸ａに対して垂直となるように設置されている。

このようなガスセル２の窓部２２、２３を構成する材料としては、前述したような励起光に対する透過性を有していれば、特に限定されないが、例えば、ガラス材料、水晶等が挙げられる。
また、ガスセル２の本体部２１を構成する材料は、特に限定されず、金属材料、樹脂材料等であってもよく、窓部２２、２３と同様にガラス材料、水晶等であってもよい。

そして、各窓部２２、２３は、本体部２１に対して気密的に接合されている。これにより、ガスセル２の内部空間Ｓを気密空間とすることができる。
ガスセル２の本体部２１と窓部２２、２３との接合方法としては、これらの構成材料に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、接着剤による接合方法、直接接合法、陽極接合法等を用いることができる。
また、このようなガスセル２は、ヒーター６により、例えば、７０℃程度に温度調節される。

［光源］
光源３は、ガスセル２中のアルカリ金属原子を励起する励起光ＬＬを出射する機能を有する。
より具体的には、光源３は、励起光ＬＬとして、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）を出射するものである。

共鳴光１は、ガスセル２内のアルカリ金属を前述した基底状態１から励起状態へ励起し得るものである。一方、共鳴光２は、ガスセル２内のアルカリ金属を前述した基底状態２から励起状態へ励起し得るものである。
また、励起光ＬＬの軸ａは、ガスセル２内においてＹ軸方向に平行である。
この光源３としては、前述したような励起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、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。
このような光源３は、後述する制御部１０の励起光制御部１２に接続され、光検出部５の検出結果に基づいて駆動制御される（図１参照）。
また、このような光源３は、図示しない温度調節素子（発熱抵抗体、ペルチェ素子等）により、例えば、３０℃程度に温度調節される。

［光学部品］
複数の光学部品４１、４２、４３、４４は、それぞれ、前述した光源３とガスセル２との間における励起光ＬＬの軸ａ上に設けられている。
また、光源３側からガスセル２側へ、光学部品４１、光学部品４２、光学部品４３、光学部品４４の順に配置されている。

光学部品４１は、レンズである。これにより、励起光ＬＬを無駄なくガスセル２へ照射することができる。
また、光学部品４１は、励起光ＬＬを平行光とする機能を有する。これにより、励起光ＬＬがガスセル２の内壁で反射するのを簡単かつ確実に防止することができる。そのため、ガスセル２内での励起光の共鳴を好適に生じさせ、その結果、原子発振器１の発振特性を高めることができる。

光学部品４２は、偏光板である。これにより、光源３からの励起光ＬＬの偏光を所定方向に調整することができる。
光学部品４３は、減光フィルター（ＮＤフィルター）である。これにより、ガスセル２に入射する励起光ＬＬの強度を調整（減少）させることができる。そのため、光源３の出力が大きい場合でも、ガスセル２に入射する励起光を所望の光量とすることができる。本実施形態では、前述した光学部品４２を通過した所定方向の偏光を有する励起光ＬＬの強度を光学部品４３により調整する。
光学部品４４は、λ／４波長板である。これにより、光源３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）に変換することができる。

後述するように第１磁場発生部８の磁場によりガスセル２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、仮に直線偏光の励起光をアルカリ金属原子に照射すると、励起光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に均等に分散して存在することとなる。その結果、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数が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少なくなるため、所望のＥＩＴ現象を発現する原子数が減少し、所望のＥＩＴ信号の強度が小さくなり、その結果、原子発振器１の発振特性の低下をもたらす。

これに対し、後述するように第１磁場発生部８の磁場によりガスセル２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、円偏光の励起光をアルカリ金属原子に照射すると、励起光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１の発振特性を向上させることができる。

［光検出部］
光検出部５は、ガスセル２内を透過した励起光ＬＬ（共鳴光１、２）の強度を検出する機能を有する。
この光検出部５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。
このような光検出部５は、後述する制御部１０の励起光制御部１２に接続されている（図１参照）。

［ヒーター］
ヒーター６は、前述したガスセル２（より具体的にはガスセル２中のアルカリ金属）を加熱する機能を有する。これにより、ガスセル２中のアルカリ金属をガス状に維持することができる。
このヒーター６は、通電により発熱するものであり、図４に示すように、ガスセル２の外表面上に設けられた発熱抵抗体６１、６２で構成されている。

ここで、発熱抵抗体６１は、ガスセル２の窓部２２（入射側窓部）に設けられ、発熱抵抗体６２は、ガスセル２の窓部２３（出射側窓部）上に設けられている。これにより、窓部２２、２３にアルカリ金属原子が結露するのを防止することができる。その結果、長期にわたり優れた発振特性を発揮することができる。
このような発熱抵抗体６１、６２は、励起光に対する透過性を有する材料、具体的には、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、Ｉｎ_３Ｏ_３、ＳｎＯ_２、Ｓｂ含有ＳｎＯ_２、Ａｌ含有ＺｎＯ等の酸化物等の透明電極材料で構成される。

また、発熱抵抗体６１、６２は、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着等の乾式メッキ法、ゾル・ゲル法等を用いて形成することができる。
なお、ヒーター６は、ガスセル２を加熱することができるものであれば、特に限定されず、ガスセル２に対して非接触であってもよい。また、ヒーター６に代えて、または、ヒーター６と併用して、ペルチェ素子を用いて、ガスセル２を加熱してもよい。
このようなヒーター６は、後述する制御部１０の温度制御部１１に電気的に接続され、通電される（図１参照）。

そして、ヒーター６は、通電により発熱する。したがって、ヒーター６に通電することにより磁場が発生するが、かかる磁場は、アルカリ金属原子が受ける磁場の不要な方向成分となり得る。したがって、後述するように、かかる磁場を第２磁場発生部９の磁場（第２磁場）により相殺または緩和することができる。
また、本実施形態では、発熱抵抗体６１、６２に励起光ＬＬの軸ａに垂直な方向に沿って互いに同じ方向に通電することにより発熱する。

より具体的に説明すると、図５に示すように、発熱抵抗体６１の−Ｘ側の端部から＋Ｘ側の端部へ、＋Ｘ方向（図５に示す矢印Ｘ１で示す方向）に電流が流れる。一方、発熱抵抗体６２の−Ｘ側の端部から＋Ｘ側の端部へ、＋Ｘ方向（図５に示す矢印Ｘ２で示す方向）、すなわち、発熱抵抗体６２に流れる電流の方向と同方向に電流が流れる。
このように発熱抵抗体６１、６２に流れる電流の方向を同方向とすることにより、発熱抵抗体６１と発熱抵抗体６２との間において、発熱抵抗体６１から生じる磁場Ｍ１と、発熱抵抗体６２から生じる磁場Ｍ２とを互いに相殺または緩和することができる。

しかし、実際上、発熱抵抗体６１、６２の寸法、配置、形状、抵抗値等の誤差により、発熱抵抗体６１と発熱抵抗体６２との間における発熱抵抗体６１、６２から生じる磁場Ｍ１、Ｍ２を完全に相殺することは難しい。また、このようなヒーター６の相殺しきれない磁場（以下、「ヒーター６からの不要磁場」ともいう）は、その方向が励起光ＬＬの軸ａに対して垂直な方向（具体的にはＺ軸方向成分を有する方向）となるため、第１磁場発生部８からの磁場（第１磁場）によるアルカリ金属原子のエネルギー準位のゼーマン分裂に悪影響を及ぼし、ＥＩＴ信号の発現効率の悪化を招く。さらに、このヒーター６からの不要磁場の方向は、発熱抵抗体６１、６２の寸法、配置、形状、抵抗値等の誤差に起因するため、製品ごとに異なる。

そこで、後に詳述するように、第２磁場発生部９からの磁場により、ヒーター６からの不要磁場を相殺する。また、ヒーター６からの不要磁場の方向が製品ごとに異なっていても、第２磁場発生部９からの磁場（第２磁場）の方向（第２方向）を磁場方向調整部２０により調整することにより、ヒーター６からの不要磁場を効率的に相殺することができる。このように、原子発振器１では、ヒーター６によるガスセル２内の磁場を完全に相殺しきれなくても、その相殺しきれなかった磁場を第２磁場により相殺または緩和することができる。

［温度センサー］
温度センサー７は、ヒーター６またはガスセル２の温度を検出するものである。そして、この温度センサー７の検出結果に基づいて、前述したヒーター６の発熱量が制御される。これにより、ガスセル２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、温度センサー７の設置位置は、特に限定されず、例えば、ヒーター６上であってもよいし、ガスセル２の外表面上であってもよい。
温度センサー７としては、それぞれ、特に限定されず、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。
このような温度センサー７は、図示しない配線を介して、後述する制御部１０の温度制御部１１に電気的に接続されている（図１参照）。

［第１磁場発生部］
第１磁場発生部８は、ガスセル２内に励起光ＬＬの軸ａに沿った第１方向（以下、単に「第１方向」ともいう）の第１磁場（以下、単に「第１磁場」ともいう）を発生させる機能を有する。これにより、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１の発振周波数の精度を高めることができる。
ここで、第１方向は、軸ａに平行であること（Ｙ軸方向に平行であること）が好ましい。

この第１磁場発生部８は、１対のコイル８１、８２（第１コイル）を有する。
この１対のコイル８１、８２は、ガスセル２を挟むように配置されたヘルムホルツコイルを構成する。これにより、１対のコイル８１、８２間に均一な第１磁場を発生させることができる。すなわち、ガスセル２内に均一な第１磁場を発生させることができる。また、ヘルムホルツコイルの内側（各コイル８１、８２の内側）をＹ軸方向に貫くように、励起光ＬＬの光路を設定することができる。また、ヘルムホルツコイルを構成する１対のコイル８１、８２間をＺ軸方向に沿って貫くように、第２磁場発生部９の磁場（第２磁場）を設定することができる。

本実施形態では、１対のコイル８１、８２は、それぞれ、円環状をなす。そして、１対のコイル８１、８２は、同心的に配置され、かつ、これらの中心軸が励起光ＬＬの軸ａに一致するように、図示しない支持部材に支持されている。また、１対のコイル８１、８２の径は、互いに等しい。
なお、各コイル８１、８２は、それぞれ、円環状に限定されず、例えば、四角環状であってもよい。

このような１対のコイル８１、８２は、図示しない電源に電気的に接続され、通電により第１磁場を発生する。
また、第１磁場発生部８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。
このような第１磁場発生部８は、後述する制御部１０の磁場制御部１３に接続され、通電制御される（図１参照）。

［第２磁場発生部］
第２磁場発生部９は、ガスセル２内に第１方向と交差する第２方向（以下、単に「第２方向」ともいう）の第２磁場（以下、単に「第２磁場」ともいう）を発生させる機能を有する。これにより、ガスセル２内の磁場の不要な方向成分を第２磁場により相殺または緩和することができる。そのため、ガスセル２内における磁場の方向を励起光ＬＬの軸ａに対して平行とすることができる。その結果、ＥＩＴ信号の発現効率を向上させることができる。

ここで、「ガスセル２内の磁場の不要な方向成分」は、ガスセル２内における励起光ＬＬの軸ａに対して垂直な方向成分であり、主に、前述したヒーター６からの不要磁場に起因するものである。
また、第２方向は、Ｚ軸方向成分を有する範囲内において、後述するように磁場方向調整部２０によって調整（変更）可能である。
この第２磁場発生部９は、１対のコイル９１、９２（第２コイル）を有する。

この１対のコイル９１、９２は、ガスセル２を挟むように配置されたヘルムホルツコイルを構成する。これにより、１対のコイル９１、９２間に均一な磁場を発生させることができる。これにより、１対のコイル９１、９２間に均一な第２磁場を発生させることができる。すなわち、ガスセル２内に均一な第２磁場を発生させることができる。また、ヘルムホルツコイルを構成する１対のコイル９１、９２間をＹ軸方向に貫くように、励起光ＬＬの光路および第１磁場発生部８の磁場（第１磁場）を設定することができる。

本実施形態では、１対のコイル９１、９２は、それぞれ、円環状をなす。そして、１対のコイル９１、９２は、同心的に配置された状態で、磁場方向調整部２０に支持されている。また、１対のコイル９１、９２の径は、互いに等しい。
なお、各コイル９１、９２は、それぞれ、円環状に限定されず、例えば、四角環状であってもよい。

このような１対のコイル９１、９２は、図示しない電源に電気的に接続され、通電により第２磁場を発生する。
また、第２磁場発生部９が発生する磁場（第２磁場）は、ガスセル２内における磁場の不要な方向成分を除去し得るものであれば、特に限定されないが、直流磁場であることが好ましい。これにより、ガスセル２内におけるヒーター６からの相殺しきれない磁場を、第２磁場発生部９の磁場により相殺または緩和することができる。
このような第２磁場発生部９は、後述する制御部１０の磁場制御部１３に接続され、通電制御される（図１参照）。

［シールド］
シールド１４は、前述したガスセル２、第１磁場発生部８および第２磁場発生部９を囲むように設けられ、磁気シールド性を有する。これにより、第１磁場および第２磁場以外の磁場がガスセル２内のアルカリ金属原子に対して作用するのを防止することができる。そのため、後述する磁場方向調整部２０による調整が簡単かつ確実となる。

本実施形態では、シールド１４は、円筒状をなす。
また、本実施形態では、シールド１４は、磁場方向調整部２０を支持する機能をも有する。この点については、後述する磁場方向調整部２０とともに詳述する。
このシールド１４は、ガスセル２、第１磁場発生部８および第２磁場発生部９を収納するケーシングを兼ねていてもよい。
このシールド１４の構成材料としては、磁気シールド性を有するものであればよく、例えば、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性体材料を用いることができる。

［磁場方向調整部］
磁場方向調整部２０は、前述した第２磁場発生部９の磁場（第２磁場）の方向（第２方向）を調整する機能を有する。これにより、ガスセル２内の磁場の不要な方向成分が製品ごとまたは設置環境ごとに異なっていても、ガスセル２内の磁場の不要な方向成分を第２磁場により相殺または緩和することができる。

この磁場方向調整部２０は、ガスセル２内における励起光ＬＬの軸に平行な方向からみたときの第２方向を変更可能である。これにより、ガスセル２内の磁場の不要な方向成分が製品ごとまたは設置環境ごとに異なっていても、アルカリ金属原子が受ける磁場の方向成分のうち励起光ＬＬの軸ａに対して垂直な方向成分を第２磁場により相殺または緩和することができる。

また、磁場方向調整部２０は、ガスセル２内における励起光ＬＬの軸ａに平行な方向に対する第２方向の傾きを変更可能である。これにより、ガスセル２内の磁場の不要な方向成分が製品ごとまたは設置環境ごとに異なっていても、ガスセル２内における第１磁場以外の磁場を第２磁場により相殺または緩和することができる。
本実施形態では、磁場方向調整部２０は、図６および図７に示すように、１対のコイル９１、９２を支持する支持部材１６と、支持部材１６を励起光ＬＬの軸ａに沿った方向の第１軸（以下、単に「第１軸」ともいう）まわりに回動可能に保持する保持部材１５とを有する。

１対のコイル９１、９２を支持する支持部材１６は、励起光ＬＬの軸ａに沿った方向の第１軸まわりに回動可能に設けられている。これにより、比較的簡単な構成で、ガスセル２内における第２磁場の強度を一定に保ちつつ、ガスセル２内における励起光ＬＬの軸ａに平行な方向に対する第２方向（第２磁場の方向）を変更することができる。
また、支持部材１６は、１対のコイル９１、９２一括して支持するため、第２方向を変更する際に、１対のコイル９１、９２の中心軸同士がずれるのを防止することができる。そのため、第２方向の調整が容易となる。

また、支持部材１６を第１軸まわりに回動可能に保持する保持部材１５は、第１軸に交差する第２軸（以下、単に「第２軸」ともいう）まわりに回動可能に設けられている。これにより、比較的簡単な構成で、ガスセル２内における第２磁場の強度を一定に保ちつつ、ガスセル２内における励起光ＬＬの軸ａに平行な方向に対する第２方向（第２磁場の方向）の傾きを変更することができる。

本実施形態では、支持部材１６および保持部材１５は、それぞれ、環状をなす環状体で構成されている。そして、図８に示すように、保持部材１５は、その周方向に沿って形成された溝１５３を有する。一方、支持部材１６は、溝１５３に係合する係合部１６３を有し、係合部１６３が溝１５３に沿って滑るよう構成されている。
これにより、比較的簡単な構成で、ガスセル２内における励起光ＬＬの軸ａに平行な方向からみたときの第２方向（第２磁場の方向）を広範囲に変更することができる。

ここで、保持部材１５には、保持部材１５の中心軸に垂直な方向（より具体的にはＸ軸方向）に延びる１対の軸部１５１、１５２が設けられている。この１対の軸部１５１は、保持部材１５の外側へ、互いに反対側に突出している。
そして、軸部１５１は、シールド１４に設けられた軸受１４１に回動可能に支持され、軸部１５２は、シールド１４に設けられた軸受１４２に回動可能に支持されている。これにより、保持部材１５は、Ｘ軸に平行な軸（第２軸）まわりに回動可能となっている。

軸受１４１には、ネジ孔１４３が形成されている。このネジ孔１４３には、ネジ１４４が螺合している。このネジ１４４を締め付けることにより、軸受１４１に対して軸部１５１を固定し、軸部１５１の回動を阻止することができる。一方、ネジ１４４を緩めることにより、軸受１４１に対する軸部１５１の固定を解除し、軸部１５１の回動を可能とする。

また、保持部材１５は、図８に示すように、外周側に開放し、周方向に沿って形成された溝１５３が形成されている。本実施形態では、溝１５３は、内周面側の幅が外周面側の幅よりも広い横断面形状をなす。
この溝１５３には、支持部材１６の係合部１６３が保持部材１５の周方向に沿って移動可能に設けられている。したがって、支持部材１６は、保持部材１５の中心軸（第１軸）まわりに回動可能となっている。

また、保持部材１５には、ネジ孔１５４が形成されている。このネジ孔１５４には、ネジ１５５が螺合している。このネジ１５５を締め付けることにより、保持部材１５に対して支持部材１６を固定し、保持部材１５に対する支持部材１６の周方向の移動を阻止することができる。一方、ネジ１５５を緩めることにより、保持部材１５に対する支持部材１６の固定を解除し、保持部材１５に対する支持部材１６の周方向での移動を可能とする。

ここで、支持部材１６の係合部１６３は、支持部材１６の内周面側に設けられ、溝１５３の内壁面に係合する。また、支持部材１６の外周面側の部分１６４は、溝１５３から保持部材１５の外周面側に突出している。
そして、支持部材１６の外周面側の部分１６４には、コイル９１を支持する支持部１６１と、コイル９２を支持する支持部１６２とが設けられている。これにより、１対のコイル９１、９２は、支持部材１６に支持されている。
このような保持部材１５および支持部材１６の構成材料としては、第１磁場および第２磁場の発生を阻害しなければ、特に限定されないが、磁場に与える影響が少ない材料、例えば、樹脂材料を用いることが好ましい。

［制御部］
図１に示す制御部１０は、光源３、ヒーター６、第１磁場発生部８および第２磁場発生部９をそれぞれ制御する機能を有する。
この制御部１０は、光源３の共鳴光１、２の周波数を制御する励起光制御部１２と、ガスセル２中のアルカリ金属の温度を制御する温度制御部１１と、ガスセル２に印加する磁場を制御する磁場制御部１３とを有する。

励起光制御部１２は、前述した光検出部５の検出結果に基づいて、光源３から出射される共鳴光１、２の周波数を制御する。より具体的には、励起光制御部１２は、前述した光検出部５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３から出射される共鳴光１、２の周波数を制御する。また、励起光制御部１２は、光源３から出射される共鳴光１、２の中心周波数を制御する。

また、温度制御部１１は、温度センサー７の検出結果に基づいて、ヒーター６への通電を制御する。これにより、ガスセル２を所望の温度範囲内に維持することができる。ここで、温度センサー７は、ガスセル２の温度を検知する温度検知手段を構成する。
また、磁場制御部１３は、第１磁場発生部８が発生する磁場が一定となるように、第１磁場発生部８（コイル８１、８２）への通電を制御する。

また、磁場制御部１３は、第２磁場発生部９（コイル９１、９２）への通電を制御する。ここで、磁場制御部１３は、第２磁場発生部９が発生する磁場が一定となるように制御してもよいし、第２磁場発生部９が発生する磁場がヒーター６への通電量に応じて変化するように制御してもよい。
このような制御部１０は、例えば、基板上に実装されたＩＣチップに設けられている。

（原子発振器の特性調整方法）
次に、本発明の原子発振器の特性調整方法について、原子発振器１の特性調整方法を一例として説明する。
原子発振器１の特性調整方法は、ガスセル２を透過した励起光ＬＬの強度を測定しながら、その測定結果（以下、単に「測定結果」ともいう）に基づいて、磁場方向調整部２０により第２磁場の第２方向を調整する。

これにより、ガスセル２内のアルカリ金属原子を磁場によりゼーマン分裂させる原子発振器１において、アルカリ金属原子が受ける磁場の方向を調整し、発振周波数の精度を向上させることができる。
より具体的に説明すると、ガスセル２を透過した励起光ＬＬの強度の測定は、例えば、光検出部５の検出結果（すなわちＥＩＴ信号の強度）をオシロスコープのような視覚で認識し得る測定装置で行う。

その際、磁場方向調整部２０による調整は、ガスセル２を透過した励起光ＬＬの強度が最大となるように行う。これにより、比較的簡単かつ確実に、アルカリ金属原子が受ける磁場の方向を最適化し、発振周波数の精度を向上させることができる。
また、磁場方向調整部２０による調整は、測定結果に基づいて、図９（ａ）に示すように、ガスセル２内における励起光ＬＬの軸に平行な方向からみたときの第２方向を変更する第１工程と、第１工程の後に、測定結果に基づいて、図９（ｂ）に示すように、ガスセル２内における励起光ＬＬの軸ａに平行な方向に対する第２方向の傾きを変更する第２工程を有する。

第１工程により、アルカリ金属原子が受ける磁場の方向成分のうち励起光ＬＬの軸ａに対して垂直な方向成分を第２磁場により相殺または緩和することができる。
第１工程では、ガスセル２内における励起光ＬＬの軸に平行な方向からみたときの第２方向を変更していき、ガスセル２を透過した励起光ＬＬの強度が最大となる状態で、支持部材１６を保持部材１５に対して固定する。

第１工程後には、支持部材１６を保持部材１５に対して例えば接着剤により固定してもよいし、前述したネジ１５５による固定のみでもよい。ネジ１５５による固定のみであれば、原子発振器１の特性調整後の所望時に再度原子発振器１の特性調整を行うことができる。
また、第２工程により、ガスセル２内における第１磁場以外の磁場を第２磁場により相殺または緩和することができる。

第２工程では、ガスセル２内における励起光ＬＬの軸ａに平行な方向に対する第２方向の傾きを変更していき、ガスセル２を透過した励起光ＬＬの強度が最大となる状態で、保持部材１５をシールド１４に対して固定する。
この第２工程では、ガスセル内における励起光ＬＬの軸に平行な方向からみたときの第２方向を第１工程での調整により決定した状態を維持したまま行うことが好ましい。これにより、ガスセル２内の磁場の不要な方向成分を効率的に第２磁場により相殺または緩和することができる。

第２工程後には、保持部材１５をシールド１４に対して例えば接着剤により固定してもよいし、前述したネジ１４４による固定のみでもよい。ネジ１４４による固定のみであれば、原子発振器１の特性調整後の所望時に再度原子発振器１の特性調整を行うことができる。
以上説明したような本実施形態の原子発振器１によれば、第２磁場の方向を調整可能であるので、ガスセル２内のアルカリ金属原子を第１磁場によりゼーマン分裂させる構成において、アルカリ金属原子が受ける磁場の不要な方向成分を第２磁場により相殺または緩和することにより、アルカリ金属原子が受ける磁場の方向を調整し、発振周波数の精度を向上させることができる。

＜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。
図１０は、本発明の第２実施形態に係る原子発振器を示す縦断面図、図１１は、図１０に示す原子発振器の横断面図である。
本実施形態に係る原子発振器は、磁場方向調整部の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態にかかる原子発振器と同様である。

なお、以下の説明では、第２実施形態の原子発振器に関し、第１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１０および図１１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。
図１０に示す原子発振器１Ａは、磁場方向調整部２０Ａを備える。
磁場方向調整部２０Ａは、球面すべり軸受けのような形態をなす。

この磁場方向調整部２０Ａは、図１０および図１１に示すように、１対のコイル９１、９２を支持する支持部材１８（内輪）と、支持部材１８を第１軸まわりおよび第２軸まわりにそれぞれ回動可能に保持する保持部材１７（外輪）とを有する。
支持部材１８および保持部材１７は、それぞれ、環状をなす環状体で構成されている。そして、図１０に示すように、保持部材１７の内周面には、その周方向に沿って、凹球面形状をなす溝１７１が形成されている。一方、支持部材１８の外周面には、溝１７１に係合する係合部１８１が形成されている。この係合部１８１は、溝１７１に合致する凸球面形状をなし、溝１７１に沿って摺動する。

このような磁場方向調整部２０Ａは、溝１７１と係合部１８１との摺動を伴って、支持部材１８がその中心軸周りに保持部材１７に対して回動可能であるとともに、保持部材１７の中心軸に対する支持部材１８の中心軸の傾斜角を変更可能である。
ここで、保持部材１７は、シールド１４Ａに支持され、光源３に対する位置および姿勢が一定となるように設置されている。

また、保持部材１７およびシールド１４Ａには、これらを貫通するネジ孔１７２が形成されている。このネジ孔１７２には、ネジ１７３が螺合している。このネジ１７３を締め付けることにより、保持部材１７に対して支持部材１８を固定し、保持部材１７に対する支持部材１８の摺動を阻止することができる。一方、ネジ１７３を緩めることにより、保持部材１７に対する支持部材１８の固定を解除し、保持部材１７に対する支持部材１８の摺動を可能とする。

一方、支持部材１８には、１対のコイル９１、９２が固定されている。
したがって、磁場方向調整部２０Ａは、ガスセル２内における励起光ＬＬの軸に平行な方向からみたときの第２方向と、ガスセル２内における励起光ＬＬの軸ａに平行な方向に対する第２方向の傾きとをそれぞれ変更可能である。
以上説明したような第２実施形態に係る原子発振器によっても、第２磁場の方向を調整可能であるので、ガスセル２内のアルカリ金属原子を第１磁場によりゼーマン分裂させる構成において、アルカリ金属原子が受ける磁場の不要な方向成分を第２磁場により相殺または緩和することにより、アルカリ金属原子が受ける磁場の方向を調整し、発振周波数の精度を向上させることができる。

（電子機器）
以上説明したような原子発振器は、各種電子機器に組み込むことができる。このような電子機器は、優れた信頼性を有する。
以下、本発明の電子機器について説明する。
図１２は、ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明の原子発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。

図１２に示す測位システム１００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。
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。

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を備える電子装置である。このような受信装置３０２は、優れた信頼性を有する。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。
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。

図１３は、本発明の原子発振器を用いたクロック伝送システムの一例を示す概略構成図である。
図１３に示すクロック伝送システム５００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。

このクロック伝送システム５００は、Ａ局（上位（Ｎ系））のクロック供給装置（ＣＳＭ：Clock Supply Module）５０１およびＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy）装置５０２と、Ｂ局（上位（Ｅ系））のクロック供給装置５０３およびＳＤＨ装置５０４と、Ｃ局（下位）のクロック供給装置５０５およびＳＤＨ装置５０６、５０７とを備える。
クロック供給装置５０１は、原子発振器１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５０１内の原子発振器１は、セシウムを用いた原子発振器を含むマスタークロック５０８、５０９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。

ＳＤＨ装置５０２は、クロック供給装置５０１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５０５に伝送する。
クロック供給装置５０３は、原子発振器１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５０３内の原子発振器１は、セシウムを用いた原子発振器を含むマスタークロック５０８、５０９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。

ＳＤＨ装置５０４は、クロック供給装置５０３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５０５に伝送する。
クロック供給装置５０５は、クロック供給装置５０１、５０３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。

ここで、クロック供給装置５０５は、通常、クロック供給装置５０１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５０５は、クロック供給装置５０３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５０６は、クロック供給装置５０５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５０７は、クロック供給装置５０５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。

図１４は、本発明の移動体の一例を示す図である。
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が内蔵されている。
このような移動体によれば、優れた信頼性を発揮することができる。

なお、本発明の原子発振器を備える電子機器は、前述したものに限定されず、例えば、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）、フライトシュミレーター等に適用することができる。
以上、本発明の原子発振器、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。

また、本発明の原子発振器、電子機器および移動体では、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、本発明の原子発振器は、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。

また、前述した実施形態では、ヘルムホルツ型コイルを用いて第１磁場発生部を構成した場合を例に説明したが、第１磁場発生部は、これに限定されず、例えば、ソレノイド型コイルを用いて構成してもよい。この場合、例えば、第１実施形態のシールドの内周面に沿って巻回されたコイルを配置し、そのコイルの内側にガスセルおよび第２磁場発生部を配置すればよい。
また、前述した実施形態では、磁場方向調整部について、保持部材がその周方向に沿って形成された溝を有し、支持部材が保持部材の溝に係合する係合部を有する場合を例に説明したが、支持部材がその周方向に沿って形成された溝を有し、保持部材が支持部材の溝に係合する係合部を有していてもよい。

また、前述した実施形態では、磁場方向調整部の支持部材および保持部材がそれぞれ環状体で構成されている場合を例に説明したが、第２方向の調整に必要な範囲内で第２コイルの位置または姿勢を変更できれば、支持部材および保持部材の少なくとも一方は、環状をなしていなくてもよく、例えば、支持部材がヘルムホルツコイルを構成する１対のコイルのそれぞれに対応して分割された１対の部材で構成されていてもよく、また、保持部材が支持部材に部分的に係合するように１つまたは２つ以上の部材で構成されていてもよい。

また、前述した実施形態では、磁場方向調整部が第２コイルを第１軸および第２軸のそれぞれの周方向に回動する場合を例に説明したが、磁場方向調整部は、第２コイルを少なくとも第１軸まわりに回動することにより、金属原子が受ける磁場の方向成分のうち励起光の軸に対して垂直な方向成分（主たる不要な方向成分）を第２磁場により相殺または緩和することができる。
また、磁場方向調整部は、ヘルムホルツコイルを構成する１対のコイル全体を回動させずに、各コイルの位置または姿勢を個別に変更することによっても、第２磁場の方向を調整することができる。

１‥‥原子発振器 １Ａ‥‥原子発振器 ２‥‥ガスセル ３‥‥光源 ５‥‥光検出部 ６‥‥ヒーター ７‥‥温度センサー ８‥‥第１磁場発生部 ９‥‥第２磁場発生部 １０‥‥制御部 １１‥‥温度制御部 １２‥‥励起光制御部 １３‥‥磁場制御部 １４‥‥シールド １４Ａ‥‥シールド １５‥‥保持部材 １６‥‥支持部材 １７‥‥保持部材 １８‥‥支持部材 ２０‥‥磁場方向調整部 ２０Ａ‥‥磁場方向調整部 ２１‥‥本体部 ２２‥‥窓部 ２３‥‥窓部 ４１‥‥光学部品 ４２‥‥光学部品 ４３‥‥光学部品 ４４‥‥光学部品 ６１‥‥発熱抵抗体 ６２‥‥発熱抵抗体 ８１‥‥コイル ８２‥‥コイル ９１‥‥コイル ９２‥‥コイル １００‥‥測位システム １４１‥‥軸受 １４２‥‥軸受 １４３‥‥ネジ孔 １４４‥‥ネジ １５１‥‥軸部 １５２‥‥軸部 １５３‥‥溝 １５４‥‥ネジ孔 １５５‥‥ネジ １６１‥‥支持部 １６２‥‥支持部 １６３‥‥係合部 １６４‥‥部分 １７１‥‥溝 １７２‥‥ネジ孔 １７３‥‥ネジ １８１‥‥係合部 ２００‥‥衛星 ２１１‥‥貫通孔 ３００‥‥基地局装置 ３０１‥‥アンテナ ３０２‥‥受信装置 ３０３‥‥アンテナ ３０４‥‥送信装置 ４００‥‥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 ５００‥‥クロック伝送システム ５０１‥‥クロック供給装置 ５０２‥‥ＳＤＨ装置 ５０３‥‥クロック供給装置 ５０４‥‥ＳＤＨ装置 ５０５‥‥クロック供給装置 ５０６‥‥ＳＤＨ装置 ５０７‥‥ＳＤＨ装置 ５０８‥‥マスタークロック ５０９‥‥マスタークロック １５００‥‥移動体 １５０１‥‥車体 １５０２‥‥車輪 ＬＬ‥‥励起光 Ｍ１‥‥磁場 Ｍ２‥‥磁場 Ｓ‥‥内部空間

Claims (17)

1. ガス状の金属原子が封入されているガスセルと、
   前記ガスセル内の前記金属原子を励起する励起光を出射する光源と、
   前記ガスセル内に前記励起光の軸に沿った第１方向の第１磁場を発生させる第１磁場発生部と、
   前記ガスセル内に前記第１方向と交差する第２方向の第２磁場を発生させる第２磁場発生部と、
   前記第２磁場の前記第２方向を調整する磁場方向調整部と、を備えることを特徴とする原子発振器。
2. 前記磁場方向調整部は、前記ガスセル内における前記励起光の軸の方向に対する前記第２方向を調整するものである請求項１に記載の原子発振器。
3. 前記磁場方向調整部は、前記ガスセル内における前記励起光の軸の方向と前記第２方向とのなす角度を調整するものである請求項２に記載の原子発振器。
4. 前記第２磁場発生部は、前記第２磁場を発生させる第２コイルを有し、
   前記磁場方向調整部は、前記励起光の軸に沿った方向の第１軸まわりに回動し、前記第２コイルを支持する支持部材を有する請求項２または３に記載の原子発振器。
5. 前記磁場方向調整部は、前記第１軸に交差する第２軸まわりに回動し、前記支持部材を前記第１軸まわりに回動しつつ保持する保持部材を有する請求項４に記載の原子発振器。
6. 前記支持部材および前記保持部材は、それぞれ、環状をなす環状体で構成され、
   前記支持部材および前記保持部材は、一方がその周方向に沿って形成された溝を有し、他方が前記溝に係合する係合部を有し、前記係合部が前記溝に沿ってスライドするよう構成されている請求項４または５に記載の原子発振器。
7. 前記第２コイルは、前記ガスセルを挟むように配置されたヘルムホルツコイルである請求項４ないし６のいずれか１項に記載の原子発振器。
8. 前記第１磁場発生部は、前記第１磁場を発生させる第１コイルを有し、
   前記第１コイルは、前記ガスセルを挟むように配置されたヘルムホルツコイルである請求項７に記載の原子発振器。
9. 通電により発熱し、前記ガスセルを加熱するヒーターを備える請求項１ないし８のいずれか１項に記載の原子発振器。
10. 前記ガスセルは、前記励起光が入射する入射側窓部と、前記励起光が出射する出射側窓部とを有し、
    前記ヒーターは、前記入射側窓部に設けられた第１発熱抵抗体と、前記出射側窓部に設けられた第２発熱抵抗体とを有し、前記第１発熱抵抗体および前記第２発熱抵抗体に前記励起光の軸に垂直な方向に沿って互いに同じ方向に通電することにより発熱する請求項９に記載の原子発振器。
11. 前記ガスセル、前記第１磁場発生部および前記第２磁場発生部を囲むように設けられ、磁気シールド性を有するシールドを備える請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の原子発振器。
12. ガス状の金属原子が封入されているガスセルと、
    前記ガスセル内の前記金属原子を励起する励起光を出射する光源と、
    前記ガスセル内に前記励起光の軸に沿った第１方向の第１磁場を発生させる第１磁場発生部と、
    前記ガスセル内に前記第１方向と交差する第２方向の第２磁場を発生させる第２磁場発生部と、
    前記第２磁場の前記第２方向を調整する磁場方向調整部と、を備える原子発振器の特性調整方法であって、
    前記ガスセルを透過した前記励起光の強度を測定しながら、その測定結果に基づいて、前記磁場方向調整部により前記第２磁場の前記第２方向を調整することを特徴とする原子発振器の特性調整方法。
13. 前記磁場方向調整部による調整は、前記ガスセルを透過した前記励起光の強度が最大となるように行う請求項１２に記載の原子発振器の特性調整方法。
14. 前記磁場方向調整部による調整は、前記測定結果に基づいて、前記ガスセル内における前記励起光の軸の方向に対する前記第２方向を調整する第１工程を有する請求項１２または１３に記載の原子発振器の特性調整方法。
15. 前記磁場方向調整部による調整は、前記第１工程の後に、前記測定結果に基づいて、前記ガスセル内における前記励起光の軸の方向と前記第２方向とのなす角度を調整する第２工程を有する請求項１４に記載の原子発振器の特性調整方法。
16. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の原子発振器を備えることを特徴とする電子機器。
17. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の原子発振器を備えることを特徴とする移動体。

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