JP2015170882A - 発振器、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】位相雑音を低減するとともに、被温度調節部と外部との熱干渉を低減することができる発振器を提供すること、また、かかる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１は、基体３１と、温度調節される主要部２と、基体３１に対して主要部２を支持していて、内部に空間Ｓ２が形成されている支持部材４と、を備える。空間Ｓ２は、主要部２と基体３１とが並ぶ方向に支持部材４を貫通している。
【選択図】図４

Description

本発明は、発振器、電子機器および移動体に関するものである。

温度調節される被温度調節部を備える発振器として、例えば、恒温槽型水晶発振器、原子発振器等が知られている。

例えば、特許文献１に記載の水晶発振器では、水晶振動子や発振回路が入れられた恒温槽を基台に対して中実の支持具を用いて支持している。この水晶発振器では、恒温槽から支持具を介した熱の逃げを少なくする目的で、支持具の幅を小さくしている。

しかし、特許文献１に記載の水晶発振器では、支持具の剛性が低くなってしまい、それに伴って、恒温槽および支持具からなる振動系の共振周波数が低くなり、その結果、恒温槽の振動に起因する位相雑音が大きくなってしまうという問題があった。

特開２０１２−１９１５２３号公報 特開２０１３−３１３９号公報

本発明の目的は、位相雑音を低減するとともに、被温度調節部と外部との熱干渉を低減することができる発振器を提供すること、また、かかる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］
本発明の発振器は、基部と、
温度調節される被温度調節部と、
前記基部に対して前記被温度調節部を支持していて、内部に空間が構成されている支持部と、
を備えることを特徴とする。

このような発振器によれば、支持部の内部に空間が形成されているので、支持部の幅を大きくしても、被温度調節部と基部との間における支持部の熱抵抗を大きくし、被温度調節部と外部との熱干渉を低減することができる。また、支持部の幅を大きくして支持部の剛性を高めることによって、被温度調節部および支持部からなる振動系の共振周波数を高め、その結果、被温度調節部の振動に起因する位相雑音を低減することができる。

［適用例２］
本発明の発振器では、前記被温度調節部と前記基部とが並ぶ方向から見た平面視で、前記支持部の外形に対する前記空間の面積比が１０％以上９０％以下の範囲内にあることが好ましい。

これにより、支持部の剛性を高めるとともに、被温度調節部と基部との間における支持部の熱抵抗を大きくすることができる。

［適用例３］
本発明の発振器では、前記被温度調節部と前記基部とが並ぶ方向から見た平面視で、前記支持部の外形に対する前記空間の面積比が７０％以上８０％以下の範囲内にあることが好ましい。

これにより、支持部の幅を十分に大きくしながら、支持部の剛性を高めるとともに、被温度調節部と基部との間における支持部の熱抵抗を大きくすることができる。

［適用例４］
本発明の発振器では、前記支持部は、前記被温度調節部と前記基部とが並ぶ方向に、前記空間が貫通していることが好ましい。

これにより、支持部の剛性の低下を低減しつつ、被温度調節部と基部との間における支持部の熱抵抗を大きくすることができる。

［適用例５］
本発明の発振器では、前記支持部は、前記支持部の側面に開口部を配置していて前記空間と外部とを連通している孔を有していることが好ましい。

これにより、被温度調節部と基部との間における支持部の熱抵抗を大きくすることができる。

［適用例６］
本発明の発振器では、前記支持部の側面に対する前記開口部の合計の面積比が１０％以上５０％以下の範囲内にあることが好ましい。

これにより、支持部の剛性の低下を低減しつつ、被温度調節部と基部との間における支持部の熱抵抗を大きくすることができる。

［適用例７］
本発明の発振器では、前記被温度調節部と前記基部とが並ぶ方向に対して垂直な方向に沿った前記支持部の幅は、前記垂直な方向に沿った前記被温度調節部の幅に対して５０％以上１５０％以下の範囲内にあることが好ましい。
これにより、支持部の剛性を高めることができる。

［適用例８］
本発明の発振器では、前記被温度調節部は、
金属原子と、
前記金属原子を励起する励起光を出射する光出射部と、
前記金属原子を透過した前記励起光を検出する光検出部と、
を有することが好ましい。

これにより、原子発振器において、位相雑音を低減するとともに、金属原子、光出射部および光検出部を含む被温度調節部と外部との熱干渉を低減することができる。原子発振器は、水晶発振器等の他の発振器に比し高精度な発振特性（特に長期安定度に優れる特性）を有しているが、より高精度な発振特性を得るために、金属原子、光出射部および光検出部を含む構造体（被温度調節部）を高精度に温度調節する必要があり、また、かかる構造体が振動すると、位相雑音が増加する。したがって、原子発振器に本発明を適用することにより、その効果が顕著となる。

［適用例９］
本発明の発振器では、前記被温度調節部を収納しているパッケージを備え、
前記基部が前記パッケージの少なくとも一部を構成していることが好ましい。

これにより、被温度調節部とパッケージの外部との間の熱干渉を低減することができる。また、支持部の内部に形成された空間がパッケージの内部空間と連通している場合、支持部内の空間も減圧状態とすることができ、その結果、被温度調節部とパッケージの外部との間の熱干渉をより低減することができる。

［適用例１０］
本発明の電子機器は、本発明の発振器を備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する電子機器を提供することができる。

［適用例１１］
本発明の移動体は、本発明の発振器を備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する移動体を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る発振器（原子発振器）を示す概略図である。 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。 光出射部からの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に示す発振器の概略構成を示す断面図である。 図４に示す支持部の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る発振器が備える支持部を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る発振器が備える支持部を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る発振器が備える支持部を示す斜視図である。 ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明の発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。 本発明の発振器を備える移動体（自動車）の構成を示す斜視図である。

以下、本発明の発振器、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。

１．発振器（原子発振器）
＜第１実施形態＞
まず、本発明の発振器について説明する。なお、以下では、本発明の発振器を量子干渉効果を利用した原子発振器に適用した例を説明するが、本発明の発振器は、これに限定されず、光およびマイクロ波による二重共鳴法を利用した原子発振器、恒温槽型水晶発振器等の他の発振器にも適用可能である。

図１は、本発明の第１実施形態に係る発振器（原子発振器）を示す概略図、図２は、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、光出射部からの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２１と、光出射部２２と、光学部品２３１、２３２と、光検出部２４と、ヒーター２５（加熱部）と、温度センサー２６と、コイル２７と、原子発振器１の各部を制御する制御部５と、を備えている。

まず、原子発振器１の原理を簡単に説明する。
図１に示すように、原子発振器１では、光出射部２２がガスセル２１に向けて励起光ＬＬを出射し、ガスセル２１を透過した励起光ＬＬを光検出部２４が検出する。

ガスセル２１内には、ガス状のアルカリ金属（金属原子）が封入されており、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、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。

光出射部２２から出射された励起光ＬＬは、周波数の異なる２種の共鳴光１、２を含んでおり、この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したとき、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。

例えば、光出射部２２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２４の検出強度は、図３に示すように、前述したＥＩＴ現象に伴って急峻に上昇する。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。

以下、本実施形態の原子発振器１の具体的な構成について説明する。
図４は、図１に示す発振器の概略構成を示す断面図、図５は、図４に示す支持部の斜視図である。

なお、以下では、説明の便宜上、図４中および図５中の上側を「上」、下側を「下」という。

原子発振器１は、図４に示すように、前述したような量子干渉効果を生じさせる主要部２と、主要部２を収納するパッケージ３と、パッケージ３内に収納され、主要部２をパッケージ３に対して支持する支持部材４（支持部）と、を備えている。なお、図示しないが、パッケージ３内またはパッケージ３外には、主要部２を囲むようにコイル２７が配置されている。また、パッケージ３の外側には、必要に応じて、磁気シールドが設けられていてもよい。

ここで、主要部２は、ガスセル２１と、光出射部２２と、光学部品２３１、２３２と、光検出部２４と、ヒーター２５（温度調節素子）と、温度センサー２６と、基板２８と、接続部材２９と、を含み、これらがユニット化されている。具体的には、基板２８の上面に、光出射部２２、ヒーター２５、温度センサー２６および接続部材２９が搭載されており、ガスセル２１および光学部品２３１、２３２が接続部材２９に保持されているとともに、光検出部２４が接続部材２９に接着剤３０を介して接合されている。

ここで、主要部２が温度調節される「被温度調節部」を構成している。なお、主要部２を構成する各部のうち、特に高精度な温度調節が必要な部分、例えば、ガスセル２１や光出射部２２が「被温度調節部」を構成しているともいえるし、基板２８を除く部分が「被温度調節部」を構成しているということもできる。主要部２の基板２８を除く部分が「被温度調節部」を構成している場合、基板２８および支持部材４からなる構造体が「支持部」を構成しているということもできる。

以下、原子発振器１の各部を説明する。
［ガスセル］
ガスセル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が封入されている。また、ガスセル２１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アルカリ金属ガスとともに封入されていてもよい。

図４に示すように、ガスセル２１は、柱状の貫通孔を有する本体部２１１と、その貫通孔の両開口を封鎖する１対の窓部２１２、２１３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が形成されている。

ここで、ガスセル２１の各窓部２１２、２１３は、前述した光出射部２２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２１２は、ガスセル２１内へ入射する励起光が透過するものであり、他方の窓部２１３は、ガスセル２１内から出射した励起光が透過するものである。

この窓部２１２、２１３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２１の本体部２１１を構成する材料は、特に限定されず、シリコン材料、セラミックス材料、金属材料、樹脂材料等であってもよく、窓部２１２、２１３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２１２、２１３は、本体部２１１に対して気密的に接合されている。これにより、ガスセル２１の内部空間Ｓを気密空間とすることができる。

ガスセル２１の本体部２１１と窓部２１２、２１３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。

［光出射部］
光出射部２２は、ガスセル２１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、光出射部２２は、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）を励起光として出射するものである。

共鳴光１の周波数ω１は、ガスセル２１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（共鳴）し得るものである。

また、共鳴光２の周波数ω２は、ガスセル２１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（共鳴）し得るものである。

この光出射部２２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。

［光学部品］
図４に示すように、複数の光学部品２３１、２３２は、それぞれ、前述した光出射部２２とガスセル２１との間における励起光の光路上に設けられている。

本実施形態では、光出射部２２側からガスセル２１側へ、光学部品２３１、光学部品２３２がこの順に配置されている。

光学部品２３１は、λ／４波長板である。これにより、光出射部２２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。

コイル２７の磁場によりガスセル２１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、コイル２７の磁場によりガスセル２１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。

なお、コイル２７は、ソレノイドコイルであってもよいし、ヘルムホルツコイルであってもよい。また、コイル２７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。

光学部品２３２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２１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、光出射部２２の出力が大きい場合でも、ガスセル２１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２３１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２３２により調整する。

なお、光出射部２２とガスセル２１との間には、波長板および減光フィルターの他に、レンズ、偏光板等の他の光学部品が配置されていてもよい。また、光出射部２２からの励起光の強度によっては、光学部品２３２を省略することができる。

［光検出部］
光検出部２４は、ガスセル２１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２４としては、上述したような励起光ＬＬ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。

［ヒーター］
ヒーター２５は、通電により発熱する発熱抵抗体（加熱部）を有する。このヒーター２５は、ガスセル２１の温度を調節する「温度調節素子」である。

本実施形態では、前述したように、ヒーター２５は、基板２８上に設けられている。そして、ヒーター２５からの熱は、基板２８および接続部材２９を介して、ガスセル２１に伝達される。これにより、ガスセル２１（より具体的にはガスセル２１中のアルカリ金属）が加熱され、ガスセル２１中のアルカリ金属を所望の濃度のガス状に維持することができる。また、本実施形態では、ヒーター２５からの熱は、基板２８を介して光出射部２２にも伝達される。

このヒーター２５は、ガスセル２１に対して離間している。これにより、ヒーター２５への通電により生じた不要磁場がガスセル２１内の金属原子に悪影響を与えるのを抑制することができる。

［温度センサー］
温度センサー２６は、ヒーター２５またはガスセル２１の温度を検出するものである。そして、この温度センサー２６の検出結果に基づいて、前述したヒーター２５の発熱量が制御される。これにより、ガスセル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。

本実施形態では、温度センサー２６は、基板２８上に設けられている。したがって、温度センサー２６は、基板２８を介してヒーター２５の温度を検出することとなる。あるいは、温度センサー２６は、基板２８および接続部材２９を介してガスセル２１の温度を検出することとなる。

なお、温度センサー２６の設置位置は、これに限定されず、例えば、接続部材２９上であってもよいし、ヒーター２５上であってもよいし、ガスセル２１の外表面上であってもよい。

温度センサー２６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。

［接続部材］
接続部材２９は、ヒーター２５とガスセル２１の各窓部２１２、２１３とを熱的に接続している。これにより、ヒーター２５からの熱を接続部材２９による熱伝導により各窓部２１２、２１３に伝達し、各窓部２１２、２１３を加熱することができる。また、ヒーター２５とガスセル２１とを離間することができる。そのため、ヒーター２５への通電により生じた不要磁場がガスセル２１内のアルカリ金属原子に悪影響を与えるのを抑制することができる。また、ヒーター２５の数を少なくすることができるため、例えば、ヒーター２５への通電のための配線の数を少なくし、その結果、原子発振器１（量子干渉装置）の小型化を図ることができる。

図４に示すように、接続部材２９は、ガスセル２１を挟んで設けられた１対の接続部材２９１、２９２で構成されている。これにより、ガスセル２１に対する接続部材２９の設置を容易なものとしつつ、接続部材２９からガスセル２１の各窓部２１２、２１３に均一に熱を伝達させることができる。

１対の接続部材２９１、２９２は、例えば、ガスセル２１の互いに対向する１対の側面の両側からガスセル２１を挟むようにして嵌合している。そして、窓部２１２、２１３と接続部材２９１、２９２とは、接触し熱的に接続されている。また、接続部材２９１、２９２は、それぞれ、励起光ＬＬの通過領域を避けるように形成されている。

なお、接続部材２９１、２９１と窓部２１２との間、および、接続部材２９１、２９２と窓部２１３との間の少なくとも一方に隙間が形成されていてもよく、この場合には、その隙間に、熱伝導性を有する接着剤が充填されていることが好ましい。これにより、窓部２１２、２１３と接続部材２９１、２９２とを熱的に接続することができる。かかる接着剤としては、例えば、金属ペースト、伝熱性フィラーを含有した樹脂系接着剤、シリコーン樹脂系接着剤等が挙げられる。

また、接続部材２９１、２９２は、それぞれ、ガスセル２１の本体部２１１との間に隙間を形成して配置されている。これにより、接続部材２９１、２９２とガスセル２１の本体部２１１との間の熱の伝達を抑制し、接続部材２９１、２９２から各窓部２１２、２１３へ効率的に熱の伝達を行うことができる。

このような接続部材２９の構成材料としては、ガスセル２１を構成する材料よりも熱伝導率が大きい材料であればよいが、熱伝導性に優れた材料、例えば、金属材料を用いることが好ましい。また、後述するパッケージ３と同様、コイル２７からの磁場を阻害しないよう、接続部材２９の構成材料としては、非磁性の材料を用いることが好ましい。

［基板］
基板２８は、前述した光出射部２２、ヒーター２５、温度センサー２６および接続部材２９等を支持する機能を有する。また、基板２８は、ヒーター２５からの熱を接続部材２９へ伝達する機能を有する。これにより、ヒーター２５が接続部材２９に対して離間していても、ヒーター２５からの熱を接続部材２９へ伝達することができる。

ここで、基板２８は、ヒーター２５と接続部材２９とを熱的に接続している。このようにヒーター２５および接続部材２９を基板２８に搭載することにより、ヒーター２５の設置の自由度を高めることができる。

また、光出射部２２が基板２８に搭載されていることにより、ヒーター２５からの熱により基板２８上の光出射部２２を温度調節することができる。

また、基板２８は、光出射部２２、ヒーター２５、温度センサー２６に電気的に接続される配線（図示せず）を有している。

このような基板２８の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、セラミックス材料、金属材料等が挙げられ、これらのうちの１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。なお、基板２８の表面を金属材料で構成した場合、基板２８の表面の熱の反射率を高め、基板２８からの熱の輻射を抑制することもできる。また、基板２８を金属材料で構成した場合、基板２８の表面には、基板２８が有する配線の短絡防止等の目的で、必要に応じて、例えば、樹脂材料、金属酸化物、金属窒化物等で構成された絶縁層が設けられていてもよい。

また、後述するパッケージ３と同様、コイル２７からの磁場を阻害しないよう、基板２８の構成材料としては、非磁性の材料を用いることが好ましい。

なお、基板２８は、接続部材２９の形状、ヒーター２５の設置位置等によっては、省略することができる。この場合、ヒーター２５を接続部材２９に接触させる位置に設置すればよい。

［パッケージ］
図４に示すように、パッケージ３は、主要部２および支持部材４を収納する機能を有する。なお、パッケージ３内には、前述した部品以外の部品が収納されていてもよい。

このパッケージ３は、図４に示すように、板状の基体３１（基部）と、有底筒状の蓋体３２とを備え、蓋体３２の開口が基体３１により封鎖されている。これにより、主要部２および支持部材４を収納する内部空間Ｓ１が形成されている。ここで、蓋体３２は、主要部２および支持部材４に対して離間している。すなわち、蓋体３２と主要部２および支持部材４との間には、空間が設けられている。これにより、かかる空間が断熱層として機能し、主要部２とパッケージ３の外部との間の熱干渉を低減することができる。

基体３１は、支持部材４を介して主要部２を支持している。
また、基体３１は、配線基板であり、図示しないが、基体３１には、パッケージ３の内外の通電のための複数の配線および複数の端子が設けられている。そして、基体３１には、図示しない配線（例えば、フレキシブル配線基板やボンディングワイヤー等）を介して、前述した光出射部２２および基板２８がそれぞれ電気的に接続されている。

この基体３１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、樹脂材料、セラミックス材料等を用いることができる。

このような基体３１には、蓋体３２が接合されている。
基体３１と蓋体３２との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、ろう接、シーム溶接、エネルギー線溶接（レーザー溶接、電子線溶接等）等を用いることができる。

なお、基体３１と蓋体３２との間には、これらを接合するための接合部材が介在していてもよい。

このような蓋体３２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、樹脂材料、セラミックス材料、金属材料等を用いることができる。

また、基体３１と蓋体３２とは気密的に接合されているのが好ましい。すなわち、パッケージ３内が気密空間であることが好ましい。これにより、パッケージ３内を減圧状態または不活性ガス封入状態とすることができ、その結果、原子発振器１の特性を向上させることができる。

特に、パッケージ３内は、減圧状態であることが好ましい。これにより、パッケージ３内の空間を介した熱の伝達を抑制することができる。そのため、接続部材２９とパッケージ３の外部との間や、パッケージ３内の空間を介したヒーター２５とガスセル２１との間の熱干渉を抑制することができる。また、主要部２とパッケージ３の外部との間の熱の伝達をより効果的に抑制することができる。

［支持部材］
支持部材４（支持部）は、パッケージ３内に収納されており、パッケージ３（より具体的にはパッケージ３の一部を構成している基体３１）に対して主要部２を支持する機能を有する。すなわち、支持部材４は、パッケージ３の基体３１に対して主要部２の各部を直接的または間接的に支持している。より具体的には、支持部材４の上端が主要部２の基板２８、下端が基体３１にそれぞれ接着剤等により接合されている。

また、支持部材４は、主要部２とパッケージ３の外部との間の熱の伝達を抑制する機能を有する。これにより、主要部２の各部と外部との間の熱干渉を抑制することができる。

本実施形態の支持部材４は、上下に貫通する貫通孔４１を有する円筒状をなしている。したがって、この支持部材４には、内部に空間Ｓ２が形成（構成）されている。このような支持部材４は、支持部材４の内部に空間Ｓ２が形成されているので、主要部２と基体３１とが並ぶ方向に対して垂直な方向に沿った支持部材４の幅Ｗ１を大きくしても、主要部２と基体３１との間における支持部材４の熱抵抗を大きくし、主要部２と外部との熱干渉を低減することができる。また、支持部材４の幅Ｗ１を大きくして支持部材４の剛性を高めることによって、主要部２および支持部材４からなる振動系の共振周波数を高め、その結果、主要部２の振動に起因する位相雑音を低減することができる。

ここで、空間Ｓ２が主要部２と基体３１とが並ぶ方向に支持部材４を貫通しているので、支持部材４の剛性の低下を低減しつつ、主要部２と基体３１との間における支持部材４の熱抵抗を大きくすることができる。

また、主要部２が収納されているパッケージ３の内部空間Ｓ１が大気圧よりも減圧されている場合、主要部２とパッケージ３の外部との間の熱干渉を低減することができる。また、支持部材４の内部に形成された空間Ｓ２がパッケージ３の内部空間Ｓ１と連通している場合、支持部材４の内部空間Ｓ１も減圧状態とすることができ、その結果、主要部２とパッケージ３の外部との間の熱干渉をより低減することができる。

また、主要部２と基体３１とが並ぶ方向から見た平面視（以下、単に「平面視」ともいう）で、支持部材４の外形に対する空間Ｓ２の面積比は、１０％以上９０％以下であれば、支持部材４の剛性を高めるとともに、主要部２と基体３１との間における支持部材４の熱抵抗を大きくすることができるが、７０％以上８０％以下であることが好ましい。これにより、支持部材４の幅Ｗ１を十分に大きくしながら、支持部材４の剛性を高めるとともに、主要部２と基体３１との間における支持部材４の熱抵抗を大きくすることができる。

このような観点から、筒状の支持部材４の厚さＴ（肉厚）は、支持部材４の幅Ｗ１に対して、３％以上１０％以下であることが好ましく、８％以上９％以下であることがより好ましい。ここで、支持部材４の厚さＴは、支持部材の幅Ｗ１から、主要部２と基体３１とが並ぶ方向に対して垂直な方向に沿った空間Ｓ２の幅Ｗ２を差し引いた値の１／２に等しい。

また、支持部材４の幅Ｗ１は、主要部２と基体３１とが並ぶ方向に対して垂直な方向に沿った主要部２の幅Ｗ３に対して、５０％以上１５０％以下であることが好ましく、７０％以上１５０％以下であることがより好ましい。これにより、支持部材４の剛性を高めることができる。

また、支持部材４の高さ（主要部２と基体３１とが並ぶ方向に沿った長さ）は、支持部材４の幅Ｗ１よりも小さいことが好ましく、幅Ｗ１に対して０．７倍以上５．０倍以下であることがより好ましい。これにより、支持部材４の幅Ｗ１を大きくしても、支持部材４の低背化を図りつつ、支持部材４の必要な熱抵抗を確保することができる。

また、支持部材４は、多孔質体で構成されていることが好ましい。これにより、支持部材４の断熱性（熱抵抗）を高めることができ。そのため、ガスセル２１やヒーター２５から支持部材４を通じた熱伝導による基体３１への熱の逃げを抑制し、その結果、原子発振器１の低消費電力化を図ることができる。

また、支持部材４の構成材料としては、熱伝導性が比較的低く、かつ、支持部材４が主要部２を支持する剛性を確保し得る材料であれば、特に限定されないが、例えば、樹脂材料、セラミックス材料等の非金属を用いることが好ましく、樹脂材料を用いることがより好ましい。支持部材４を主として樹脂材料で構成した場合、支持部材４の熱抵抗を高くすることができ、また、支持部材４の形状が複雑であっても、例えば射出成型等の公知の方法を用いて、支持部材４を容易に製造することができる。特に、支持部材４を主として樹脂材料で構成した場合、発泡体で構成された支持部材４を容易に形成することができる。

また、支持部材４の構成材料としては、コイル２７からの磁場を阻害しないよう、非磁性の材料を用いることが好ましい。

［制御部］
図１に示す制御部５は、ヒーター２５、コイル２７および光出射部２２をそれぞれ制御する機能を有する。

このような制御部５は、光出射部２２の共鳴光１、２の周波数を制御する励起光制御部５１と、ガスセル２１中のアルカリ金属の温度を制御する温度制御部５２と、ガスセル２１に印加する磁場を制御する磁場制御部５３とを有する。

励起光制御部５１は、前述した光検出部２４の検出結果に基づいて、光出射部２２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５１は、周波数差（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、光出射部２２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５１は、光出射部２２から出射される共鳴光１、２の中心周波数を制御する。

ここで、励起光制御部５１は、図示しないが、電圧制御型水晶発振器（発振回路）を備えており、その電圧制御型水晶発振器の発振周波数を光検出部２４の検知結果に基づいて同期・調整しながら、その電圧制御型水晶発振器の出力信号を原子発振器１の出力信号として出力する。

例えば、励起光制御部５１は、図示しないが、この電圧制御型水晶発振器からの出力信号を周波数逓倍する逓倍器を備えており、この逓倍器により逓倍された信号（高周波信号）を直流バイアス電流に重畳して駆動信号として光出射部２２に入力する。これにより、光検出部２４でＥＩＴ信号が検出されるように電圧制御型水晶発振器を制御することで、電圧制御型水晶発振器から所望の周波数の信号が出力されることとなる。この逓倍器の逓倍率は、例えば、原子発振器１からの出力信号の所望の周波数をｆとしたとき、ω０／（２×ｆ）である。これにより、電圧制御型水晶発振器の発振周波数がｆであるとき、逓倍器からの信号を用いて半導体レーザー等の発光素子で構成された光出射部２２を変調して、周波数差（ω１−ω２）がω０となる２つの光を出射させることができる。

また、温度制御部５２は、温度センサー２６の検出結果に基づいて、ヒーター２５への通電を制御する。これにより、ガスセル２１を所望の温度範囲内に維持することができる。

また、磁場制御部５３は、コイル２７が発生する磁場が一定となるように、コイル２７への通電を制御する。

このような制御部５は、例えば、パッケージ３が実装される基板上に実装されたＩＣチップに設けられている。なお、制御部５がパッケージ３内（例えば基体３１上）に設けられていてもよい。

以上説明したような原子発振器１によれば、支持部材４の内部に空間Ｓ２が形成されているので、位相雑音を低減するとともに、ガスセル２１内の金属原子、光出射部２２および光検出部２４を含む主要部２と外部との熱干渉を低減することができる。原子発振器は、水晶発振器等の他の発振器に比し高精度な発振特性（特に長期安定度に優れる特性）を有しているが、より高精度な発振特性を得るために、ガスセル２１内の金属原子、光出射部２２および光検出部２４を含む構造体（主要部２）を高精度に温度調節する必要があり、また、かかる構造体が振動すると、位相雑音が増加する。したがって、原子発振器に本発明を適用することにより、その効果が顕著となる。

＜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６は、本発明の第２実施形態に係る発振器が備える支持部を示す斜視図である。

本実施形態に係る発振器は、支持部の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態に係る発振器と同様である。

なお、以下の説明では、第２実施形態の発振器に関し、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。

図６に示す原子発振器１Ａは、パッケージ３内で主要部２をパッケージ３に対して支持する支持部材４Ａ（支持部）を備える。

この支持部材４Ａは、支持部材４の側面に開口していて内部の空間に連通している複数の孔４２を有している。これにより、主要部２と基体３１との間における支持部材４の熱抵抗を大きくすることができる。本実施形態では、複数の孔４２は、行列状に規則的に配置されているが、これに限定されず、例えば、ランダムに配置されていてもよい。ここで、孔４２の数は、図示のものに特に限定されず、任意である。

また、支持部材４の側面に対する複数の孔４２（開口部の合計）の面積比（開口率）は、１０％以上５０％以下であることが好ましく、２０％以上４０％以下であることがより好ましい。これにより、支持部材４の剛性の低下を低減しつつ、主要部２と基体３１との間における支持部材４の熱抵抗を大きくすることができる。

以上説明したような原子発振器１Ａによっても、位相雑音を低減するとともに、主要部２と外部との熱干渉を低減することができる。

＜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。
図７は、本発明の第３実施形態に係る発振器が備える支持部を示す斜視図である。

本実施形態に係る発振器は、支持部の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態に係る発振器と同様である。また、本実施形態の発振器は、被温度調節部に対する支持部の大きさが異なる以外は、前述した第２実施形態と同様である。

なお、以下の説明では、第３実施形態の発振器に関し、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。

図７に示す原子発振器１Ｂは、パッケージ３内で主要部２をパッケージ３に対して支持する支持部材４Ｂ（支持部）を備える。

この支持部材４Ｂは、上下に貫通する貫通孔４１Ｂを有する。そして、支持部材４Ｂの幅Ｗ１は、主要部２の幅Ｗ３とほぼ等しくなっている。これにより、比較的簡単に、支持部材４Ｂの剛性を優れたものとすることができる。

以上説明したような原子発振器１Ｂによっても、位相雑音を低減するとともに、主要部２と外部との熱干渉を低減することができる。

＜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。
図８は、本発明の第４実施形態に係る発振器が備える支持部を示す斜視図である。

本実施形態に係る発振器は、支持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４実施形態の発振器に関し、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８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８に示す原子発振器１Ｃは、パッケージ３内で主要部２Ｃをパッケージ３に対して支持する支持部材４Ｃ（支持部）を備える。

ここで、主要部２Ｃは、接続部材２９の全幅よりも幅が広い基板２８Ｃを備えており、支持部材４Ｃは、基板２８Ｃの接続部材２９との接続部よりも外側の部分に接続している。これにより、比較的簡単に、支持部材４Ｃの剛性を優れたものとすることができる。また、主要部２の熱源から基体３１への熱の伝達経路を長くし、かかる熱の伝達経路の熱抵抗を高くすることができる。

以上説明したような原子発振器１Ｃによっても、位相雑音を低減するとともに、主要部２と外部との熱干渉を低減することができる。

２．電子機器
以上説明したような本発明の発振器は、各種電子機器に組み込むことができる。このような本発明の発振器を備える電子機器は、優れた信頼性を有する。

以下、本発明の発振器を備える電子機器の一例について説明する。
図９は、ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明の発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。

図９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。

３．移動体
また、前述したような本発明の発振器は、各種移動体に組み込むことができる。このような本発明の発振器を備える移動体は、優れた信頼性を有する。

以下、本発明の移動体の一例について説明する。
図１０は、本発明の発振器を備える移動体（自動車）の構成を示す斜視図である。

図１０に示す移動体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。そして、原子発振器１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。

なお、本発明の電子機器は、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。

以上、本発明の発振器、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、前述した実施形態におけるパッケージ内の構成は一例であり、これに限定されるものではなく、パッケージ内の各部品の構成は、適宜変更してもよい。

また、前述した実施形態では、支持部の全体形状が円筒形をなす場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、支持部の全体形状が四角筒形、五角筒形等の多角筒形をなしていてもよい。

また、前述した実施形態では、支持部の外形の横断面と支持部の空間の横断面とが相似形である場合を例に説明したが、これに限定されず、支持部の外形の横断面形状と支持部の空間の横断面形状とが異なっていてもよい。

また、前述した実施形態では、支持部の内部に形成された空間が被温度調節部と基部とが並ぶ方向に貫通している場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、支持部の内部に密閉された空間が形成されていてもよいし、支持部の被温度調節部側および基部側のうちの少なくとも一方に開口する凹部により支持部の内部に空間を形成してもよい。

１‥‥原子発振器
１Ａ‥‥原子発振器
１Ｂ‥‥原子発振器
１Ｃ‥‥原子発振器
２‥‥主要部
３‥‥パッケージ
４‥‥支持部材
４Ａ‥‥支持部材
４Ｂ‥‥支持部材
４Ｃ‥‥支持部材
５‥‥制御部
２１‥‥ガスセル
２２‥‥光出射部
２４‥‥光検出部
２５‥‥ヒーター
２６‥‥温度センサー
２７‥‥コイル
２８‥‥基板
２８Ｃ‥‥基板
２９‥‥接続部材
３０‥‥接着剤
３１‥‥基体
３２‥‥蓋体
４１‥‥貫通孔
４２‥‥孔
５１‥‥励起光制御部
５２‥‥温度制御部
５３‥‥磁場制御部
１００‥‥測位システム
２００‥‥ＧＰＳ衛星
２１１‥‥本体部
２１２‥‥窓部
２１３‥‥窓部
２３１‥‥光学部品
２３２‥‥光学部品
２９１‥‥接続部材
２９２‥‥接続部材
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‥‥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‥‥励起光
Ｓ‥‥内部空間
Ｓ１‥‥内部空間
Ｓ２‥‥空間
Ｔ‥‥厚さ
Ｗ１‥‥幅
Ｗ２‥‥幅
Ｗ３‥‥幅

Claims (11)

1. 基部と、
   温度調節される被温度調節部と、
   前記基部に対して前記被温度調節部を支持していて、内部に空間が構成されている支持部と、
   を備えることを特徴とする発振器。
2. 前記被温度調節部と前記基部とが並ぶ方向から見た平面視で、前記支持部の外形に対する前記空間の面積比が１０％以上９０％以下の範囲内にある請求項１に記載の発振器。
3. 前記被温度調節部と前記基部とが並ぶ方向から見た平面視で、前記支持部の外形に対する前記空間の面積比が７０％以上８０％以下の範囲内にある請求項２に記載の発振器。
4. 前記支持部は、前記被温度調節部と前記基部とが並ぶ方向に、前記空間が貫通している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発振器。
5. 前記支持部は、前記支持部の側面に開口部を配置していて前記空間と外部とを連通している孔を有している請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発振器。
6. 前記支持部の側面に対する前記開口部の合計の面積比が１０％以上５０％以下の範囲内にある請求項５に記載の発振器。
7. 前記被温度調節部と前記基部とが並ぶ方向に対して垂直な方向に沿った前記支持部の幅は、前記垂直な方向に沿った前記被温度調節部の幅に対して５０％以上１５０％以下の範囲内にある請求項１ないし６のいずれか１項に記載の発振器。
8. 前記被温度調節部は、
   金属原子と、
   前記金属原子を励起する励起光を出射する光出射部と、
   前記金属原子を透過した前記励起光を検出する光検出部と、
   を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発振器。
9. 前記被温度調節部を収納しているパッケージを備え、
   前記基部が前記パッケージの少なくとも一部を構成している請求項１ないし８のいずれか１項に記載の発振器。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発振器を備えることを特徴とする電子機器。
11. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発振器を備えることを特徴とする移動体。

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