JP2017059865A - 原子発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化、低背化を図るとともに、ガスセル内の温度変化による発振特性の不安定化を抑制し、安定した発振特性を持続可能な原子発振器を提供することにある。【解決手段】少なくとも、金属原子が封入されているガスセルと、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光源と、を備える原子発振器であって、少なくとも、前記ガスセルと、前記コイルと、が収容される第１収容体と、前記第１収容体と、前記光源と、が収容される第２収容体と、を備え、前記第１収容体と、前記第２収容体と、の間に、熱移送素子と、配熱部材と、が挟持される原子発振器。【選択図】図１

Description

本発明は、原子発振器に関する。

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。

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）。

また、ＣＰＴ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に比し小型であることから、様々な電子機器へ原子発振器を組み込むことが期待されており、さらなる小型化、低背化が望まれている。

特開２００９−２３１６８８号公報

しかしながら、小型化、低背化を図ることにより、温度干渉による光軸のずれや、ガスセル内の金属原子が外部の磁気の影響を受け易いため発振特性が不安定になってしまうなどの不具合を生じる虞が大きくなってしまう。

本発明の目的は、小型化、低背化を図るとともに、ガスセル内の温度変化による発振特性の不安定化を抑制し、安定した発振特性を持続可能な原子発振器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〕本適用例の原子発振器は、少なくとも、金属原子が封入されているガスセルと、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光源と、を備える原子発振器であって、少なくとも、前記ガスセルと、前記コイルと、が収容される第１収容体と、前記第１収容体と、前記光源と、が収容される第２収容体と、を備え、前記第１収容体と、前記第２収容体と、の間に、熱移送素子と、配熱部材と、が挟持されることを特徴とする。

本適用例の原子発振器によれば、高い温度環境下で使用しても、熱移送素子によって、ガスセルに発生する過剰な熱量を熱移送素子の低温側から高温側に移動させることで、ガスセルの温度環境の変化に対して、所望の温度に収束、維持させることができ、安定した発振特性を得ることができる。また、熱移送素子に熱的に接続させた配熱部材を第１収容体、もしくは第２収容体に熱的に接続させることにより、ガスセルから第１収容体に移動した過剰な熱量、もしくは熱移送素子の高温側に移動された過剰な熱量が配熱部材に蓄熱される。そして、過剰な熱量が配熱部材に蓄熱されることにより、配熱部材に熱的に接続される第２収容体、あるいは熱移送素子に対して高い熱勾配を形成し、ガスセルから外気に触れる第２収容体まで多くの熱量を移動させることができる。これにより、ガスセルユニットに生じた過剰な熱量をより短時間に外部へ放熱することができ、高温環境下であっても安定した発振特性を有する原子発振器を得ることができる。

〔適用例２〕上述の適用例において、前記配熱部材が、前記第２収容体と、前記熱移送素子と、によって挟持されていることを特徴とする。

上述の適用例によれば、外気に触れる第２収容体に過剰な熱量が蓄熱された配熱部材が熱的に接続されることとなり、短時間に過剰な熱量を外部へ放熱することができ、高温環境下であっても安定した発振特性を有する原子発振器を得ることができる。

〔適用例３〕上述の適用例において、前記配熱部材が、前記第１収容体と、前記熱移送素子と、によって挟持されていることを特徴とする。

上述の適用例によれば、ガスセルに生じた過剰な熱量は、ガスセルを収容した第１収容体に熱的に接続されて配熱部材が配置され、これにより配熱部材に過剰な熱量は容易に蓄熱することができる。そして、配熱部材に熱的に接続された熱移送素子は、配熱部材からは強制的に蓄熱した過剰な熱量を吸熱し、熱移送素子の高温側に移動させる。従って、短時間に過剰な熱量を外部へ放熱することができ、高温環境下であっても安定した発振特性を有する原子発振器を得ることができる。

〔適用例４〕上述の適用例において、前記配熱部材は、第１配熱部材と第２配熱部材と、を備え、前記第１配熱部材が、前記第２収容体と、前記熱移送素子と、によって挟持され、前記第２配熱部材が、前記第１収容体と、前記熱移送素子と、によって挟持されていることを特徴とする。

上述の適用例によれば、ガスセルに生じた過剰な熱量は、ガスセルを収容した第１収容体に熱的に接続されて第２配熱部材が配置され、これにより第２配熱部材に過剰な熱量は容易に蓄熱することができる。そして、第２配熱部材に熱的に接続された熱移送素子は、第２配熱部材からは強制的に蓄熱した過剰な熱量を吸熱し、熱移送素子の高温側に移動させる。加えて、外気に触れる第２収容体に過剰な熱量が蓄熱された第１配熱部材が熱的に接続されることとなり、短時間に過剰な熱量を外部へ放熱することができる。従って、短時間に過剰な熱量を外部へ放熱することができ、高温環境下であっても安定した発振特性を有する原子発振器を得ることができる。

〔適用例５〕上述の適用例において、前記配熱部材の熱伝導率ｋｓ、前記第１配熱部材の熱伝導率ｋｓ１、前記第２配熱部材の熱伝導率ｋｓ２、前記第１収容体の熱伝導率ｋｐ１、前記第２収容体の熱伝導率ｋｐ２、とした場合、
ｋｓ＞ｋｐ１、ｋｓ＞ｋｐ２
もしくは、
ｋｓ１＞ｋｐ２、ｋｓ２＞ｋｐ１
であることを特徴とする。

ガスセルに生じた過剰熱量は、第１収容体と第２配熱部材とを介して熱移送素子へ、熱移送素子から第１配熱部材と第２収容体とを介して外気に放出される。従って、第１収容体から熱移送素子への第２配熱部の材熱伝達ロス、および熱移送素子から第２収容体への第１配熱部材の熱伝達ロスを抑制しなければならない。そこで、上述の適用例によれば、第１配熱部材の熱伝導率を第２収容体の熱伝導率より高くし、第２配熱部材の熱伝導率を第１収容体の熱伝導率より高くすることで、熱伝達ロスを低減することができる。

〔適用例６〕上述の適用例において、前記第１収容体と前記第２収容体と、によって前記配熱部材と前記熱移送素子と、を挟持される方向からの平面視において、前記配熱部材は前記第２収容体に対して偏在していることを特徴とする。

第２収容体の一部を覆うように、原子発振器を含む原子発振装置を構成する回路部品などが第２収容体の外部に配置される場合、第２収容体からの排熱（放熱）が回路部品などによって阻害されてしまう。そこで、上述の適用例によれば、原子発振器の平面視において、配熱部材を第２収容体と回路部品などとの重なる領域を避けて、第２収容体に対して偏在させて配置させることで、過剰熱量の放出領域を形成することができる。

〔適用例７〕上述の適用例において、前記第１収容体および前記第２収容体は、磁気遮蔽体であることを特徴とする。

上述の適用例によれば、ガスセルを収容する第１収容体および第１収容体を収容する第２収容体の二重の収容体が、磁気遮蔽体であることで、磁気によるガスセル内の金属原子への影響を抑制し、発振特性の安定化を図ることが可能となる。

第１実施形態に係る原子発振器の概略を示す正断面図。 第１実施形態に係る原子発振器の概略を示し、図１に示すＡ−Ａ´部の断面図。 図１および図２に示す原子発振器の概略構成図。 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。 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１に示すＢ部の構成を模式的に示す拡大模式図。 第１実施形態に係る原子発振器のその他の形態を示す平面概要図。 第１実施形態に係る原子発振器のその他の形態を示す平面概要図。 第２実施形態に係る原子発振器の概略を示す正断面図。 図９に示すＤ部の構成を模式的に示す拡大模式図。 第３実施形態に係る原子発振器を示す正断面図。 第４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。 第５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。 第６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。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１および図２は、第１実施形態に係る原子発振器の概略を示し、図１は正断面図、図２は図１に示すＡ−Ａ´部の断面図である。

図１および図２に示す原子発振器１００は、量子干渉効果を利用した原子発振器である。原子発振器１００は、ガスセルユニット１０と、光射出部２０と、ガスセルユニット１０を収納し、本実施形態に係る原子発振器１００では磁気遮蔽性を有する第１収容体としてのガスセル側磁気遮蔽体４０（以下、セル側遮蔽体４０という）と、を備えている。

ガスセルユニット１０は、ガスセル１１と、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１２と、ガスセル保持部材１２のＸ軸方向に沿った外周面に巻き付けられるコイル１３と、を備えている。

ガスセル１１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が形成される。ガスセルの内部空間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。

光射出部２０は、柱状の貫通孔を有する本体部２１ａと、その貫通孔の両側の開口を封鎖する１対の蓋部２１ｂ，２１ｃと、により構成される光源収容体２１と、光源収容体２１に収容、固定された光源２２とを有する。光源２２は、ガスセル１１中のアルカリ金属原子を励起する励起光を射出する機能を有する。光源２２は、光源収容体２１の内部に励起光の射出方向（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、本体部２１ａの励起光の射出方向と交差する領域に貫通孔２１ｄが設けられており、この貫通孔２１ｄを通って光源２２からガスセル１１に向かって励起光が射出される。

射出された励起光は、ガスセル保持部材１２と、光軸方向Ｒと、が交差する部分に形成された貫通孔１２ａ，１２ｂのうち、光射出部２０側の貫通孔１２ａに配置された光学部品１４，１５を透過する。本実施形態では、光源２２側からガスセル１１側へ、光学部品１４，１５の順に配置されている。光学部品１４は、λ／４波長板である。これにより、光源２２からの励起光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。光学部品１５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２２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。

ガスセル保持部材１２の光軸方向Ｒと並行する外周部１２ｃには、外周部１２ｃに沿ってコイル１３が巻き付けられている。コイル１３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１３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１３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。

ガスセル１１を挟んで光射出部２０と光軸方向Ｒに沿って対向する位置に光検出部３０を備えている。光検出部３０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３０は、接着剤３１を介してガスセル保持部材１２に接合されている。ここで、接着剤３１としては、公知の接着剤を用いることができる。また、この光検出部３０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。

上述したガスセルユニット１０と、光検出部３０と、はセル側遮蔽体４０の内部に収容されている。セル側遮蔽体４０は、基板５０に載置される基部４２と、箱状の蓋体４１と、を備え、基部４２に載置される光検出部３０を備えたガスセルユニット１０を覆うように蓋体４１を被せて基部４２に合わせることでセル側遮蔽体４０を構成する。セル側遮蔽体４０は、セル側遮蔽体４０の内部に対する外部からの磁気を遮蔽する機能を有し、セル側遮蔽体４０に収容されるガスセルユニット１０への外部からの磁気を遮蔽する。

蓋体４１のガスセル保持部材１２に形成された貫通孔１２ａに対向する位置、即ち励起光の通過位置には、貫通孔４１ａが設けられている。なお、貫通孔４１ａには、励起光を透過し得る材料であれば、特に限定されないが、例えば透明ガラス、透明石英ガラス、透明水晶などが気密接合されていてもよい。このように、貫通孔４１ａが気密接合されていることで、セル側遮蔽体４０内を気密空間とすることが可能となる。なお、図１および図２では、図示を省略しているが、セル側遮蔽体４０には、前述した部品以外の部品が収納されていてもよい。また、図示しないが、基板５０には、セル側遮蔽体４０の外部からガスセルユニット１０への通電のための複数の配線などが設けられている。

蓋体４１および基部４２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。このような材料を蓋体４１および基部４２に用いることにより、外部からの磁気（磁場の変化）をセル側遮蔽体４０によって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。

基部４２には、蓋体４１が接合され、蓋体４１の開口が基部４２により封鎖される。基部４２と蓋体４１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、基部４２と蓋体４１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。

また、基部４２と蓋体４１とは気密的に接合されているのが好ましい。すなわち、セル側遮蔽体４０内が気密空間であることが好ましい。これにより、セル側遮蔽体４０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１００の特性を向上させることができる。特に、セル側遮蔽体４０内は、減圧状態であることが好ましい。これにより、セル側遮蔽体４０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、ガスセル保持部材１２とセル側遮蔽体４０の外部との間や、セル側遮蔽体４０内の空間を介した、後述するヒーターとガスセル１１との間の熱干渉を抑制することができる。そのため、ヒーターの熱がガスセル保持部材１２を介して効率的に２つの窓部１１ｂ，１１ｃへ伝達し、２つの窓部１１ｂ，１１ｃ間の温度差を抑制することができる。また、ガスセルユニット１０とセル側遮蔽体４０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。

図２に示すように、本実施形態に係る原子発振器１００は、ガスセルユニット１０を加熱する加熱素子としてのヒーター６０を備えている。ヒーター６０は、通電により発熱する発熱抵抗体（発熱部）である。ヒーター６０は、セル側遮蔽体４０の外部に配置され、ヒーター６０が発生した熱は、セル側遮蔽体４０を介してガスセル１１に伝達される。

本実施形態に係る原子発振器１００では、ヒーター６０はセル側遮蔽体４０の蓋体４１の外部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６０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６０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。

ヒーター６０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。なお、ヒーター６０に代えて、あるいは、ヒーター６０と併用して、ペルチェ素子を用いてもよい。この場合、ペルチェ素子の発熱側の部分が発熱部を構成する。

また、原子発振器１００は、図１および図２に示すように、ガスセルユニット１０が内部に収納されたセル側遮蔽体４０と、光検出部３０と、ヒーター６０と、光射出部２０と、を収納する磁気遮蔽性を有する第２収容体としての外殻磁気遮蔽体７０（以下、外殻遮蔽体７０という）を備えている。外殻遮蔽体７０は、底部７２と、外殻蓋体７１とを備え、外殻蓋体７１の開口が基板５０により封鎖されている。これにより、セル側遮蔽体４０を収納する空間が形成されている。そして、外殻蓋体７１が配置される基板５０の面の反対面に底部７２が配置され、外部磁気から内部を遮蔽する外殻遮蔽体７０が構成される。

外殻蓋体７１および底部７２の構成材料としては、磁気遮蔽効果を有していることがより好ましく、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好ましい。このような材料を、外殻蓋体７１および底部７２に用いることにより、外部からの磁気（磁場の変化）を外殻遮蔽体７０によって遮蔽することができる。加えて、外殻遮蔽体７０と空気層や基板５０の透磁率の低い層を挟んでセル側遮蔽体４０が設けられている二重の磁気遮蔽体となることから、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、より大きく抑制することが可能となる。

図１に示すように、セル側遮蔽体４０の蓋体４１の上外面４１ｂと、外殻遮蔽体７０の外殻蓋体７１における上外面４１ｂに対向する内上面７１ａと、の間に熱移送素子としてのペルチェ素子８０と、ペルチェ素子８０と外殻蓋体７１の内上面７１ａとの間に配熱部材９０と、が配置されている。そして、セル側遮蔽体４０の蓋体４１と、ペルチェ素子８０と、配熱部材９０と、外殻蓋体７１と、は熱的に接続されている。熱的な接続とは、互いに隣り合う構成要素間での熱エネルギーの移動が可能なように接続されている状態を示す。

ペルチェ素子８０は、セル側遮蔽体４０の蓋体４１側から、外殻遮蔽体７０の外殻蓋体７１に向けて熱エネルギーを移動させるように、図示しない制御手段によって制御される。言い換えると、ペルチェ素子８０の蓋体４１に接する面８０ａ（後述する図６参照）が冷却面に、外殻蓋体７１側の配熱部材９０に接する面８０ｂ（後述する図６参照）が放熱面になるように制御されている。以下、面８０ａを冷却面８０ａ、面８０ｂを放熱面８０ｂ、という。

配熱部材９０は、ペルチェ素子８０の放熱面８０ｂから放熱される熱を、外殻蓋体７１へ伝達する機能を有する。そして、配熱部材９０の熱伝導率は、外殻蓋体７１の熱伝導率より高いことが好ましい。そこで、配熱部材９０は、上述した外殻蓋体７１を形成する材料に対して高い熱伝導率を備える、例えばアルミニウム、チタン、およびそれらを含む合金、で形成されることが好ましい。本実施形態では、アルミニウムを例に説明する。

基板５０は、基板５０の一面に、前述したように、ガスセルユニット１０を収納したセル側遮蔽体４０と、励起光を射出する光源２２を有する光射出部２０と、を覆う外殻遮蔽体７０の外殻蓋体７１と、が接続されている。また、基板５０の一面の裏面には、外殻遮蔽体７０を構成する底部７２が接続されている。なお、基板５０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。また、図示しないが、基板５０には、外部からガスセルユニット１０、あるいは光射出部２０へ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。

図３は、図１，２に示す原子発振器１００の動作を示す概略構成図である。また、図４は、図１，２に示す原子発振器１００のガスセル１１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は、図１，２に示す原子発振器１００の光射出部２０（光源２２）および光検出部３０について、光射出部２０（光源２２）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。

先ず、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。

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。

光源２２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３０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。

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２０に備える光源２２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２２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。

光射出部２０から射出された励起光ＬＬは、励起光ＬＬの光軸方向Ｒ上のガスセル保持部材１２に形成された貫通孔１２ａに設けられている光学部品１４，１５を透過する。光学部品１４は、上述したようにλ／４波長板であり、光源２２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）に変換することができる。次に、光学部品１５は、減光フィルター（ＮＤフィルター）であり、ガスセル１１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、光源２２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。

光学部品１４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１３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。

なお、光源２２とガスセル１１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、光源２２からの励起光の強度によっては、光学部品１５を省略することができる。

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３０により強度が検出される。励起光ＬＬの光検出部３０による検出結果は、制御部１１０（図１，２には図示されない）に備える励起光制御部１１１に入力され、光源２２から射出される共鳴光１、共鳴光２の周波数を光検出部３０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１１１は、前述した光検出部３０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２２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１１１は、光源２２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１１０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。

制御部１１０には、温度制御部１１２、および磁場制御部１１３を備えている。温度制御部１１２には、図１，２には図示されないガスセル１１の温度を検出する温度センサー６１およびペルチェ素子８０側に設置された温度センサー８１からの計測検出結果に基づいて、ヒーター６０およびペルチェ素子８０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１１３は、コイル１３が発生する磁場が一定となるように、コイル１３への通電を制御する。

なお、このような制御部１１０は、例えば、原子発振器１００が実装される実装基板上に実装された電子回路装置（例えば、半導体装置）に設けられている。なお、制御部１１０が外殻遮蔽体７０、あるいはセル側遮蔽体４０の内部に設けられていてもよい。

上述したようにガスセル１１内のアルカリ金属をガス状に維持させるために、ガスセル１１はヒーター６０により加熱制御されている。しかし、ガスセル１１を含む原子発振器１００が設置されている外部環境、特に温度環境は、ガスセル１１内の温度を変化させる要因となっている。例えば、ガスセル１１内の所定温度に対して外部温度が高温である場合には、仮にヒーター６０の稼働を停止しても、外部からの熱移動により所定の温度でガスセル１１内を維持することが困難となる。

また、ヒーター６０によってガスセル１１を加熱する場合、ガスセル１１が所定温度に達するまで、あるいはその直前までヒーター６０に通電し、ガスセル１１が所望の温度に達した時点で通電を遮断する動作をさせるが、上昇し始めたガスセル１１の温度は電力の遮断と同時に所望の温度で維持されるわけではなく、ガスセル１１の所望温度を超えて上昇し、その後下降する、いわゆるオーバーシュートを起こす。

そこで、ガスセル１１を冷却するペルチェ素子８０を備えることによって、外部の温度環境、およびヒーター６０による加熱のオーバーシュート、などによるガスセル１１の温度変化を温度センサー６１および温度センサー８１によって検出し、検出された温度データに基づき温度制御部１１２が、ヒーター６０による加熱、あるいはペルチェ素子８０による冷却の作動を制御し、ガスセル１１を所望の温度範囲に維持することができる。なお、本実施形態では温度センサー６１，８１を備える形態を例示したが、これに限定されず、例えば、温度センサー６１からの温度データのみでヒーター６０とペルチェ素子８０と、を制御してもよく、あるいは温度センサー６１，８１に加えて１以上の温度センサーを配置してもよい。原子発振器１００が設置される環境、あるいは要求される温度管理条件、などから温度センサーの数、配設位置は適宜、設定すればよい。

図６は、図１に示すＢ部の構成を模式的に示す拡大模式図である。図６に示すように、ガスセル１１を含むガスセルユニット１０の過剰熱量Ｋｏは、ガスセル保持部材１２から、セル側遮蔽体４０の蓋体４１を経由して、ペルチェ素子８０の冷却面８０ａ側に伝達される。ペルチェ素子８０の中では、ペルチェ効果によって蓋体４１から伝達された過剰熱量Ｋｏがペルチェ素子８０の冷却面８０ａから放熱面８０ｂに向けて移動される。

放熱面８０ｂに移動された過剰熱量Ｋｏは、放熱面８０ｂに接続された配熱部材９０に伝達される。配熱部材９０は、過剰熱量Ｋｏが排熱される外殻遮蔽体７０の外殻蓋体７１の外側の温度、いわゆる外気温度がペルチェ素子８０の放熱面８０ｂの温度より低いことで、放熱面８０ｂから外殻蓋体７１に向けて温度が下降する温度勾配が生じている。この温度勾配によって、放熱面８０ｂに移動された過剰熱量Ｋｏは、放熱面８０ｂより低温の配熱部材９０側に移動する。

放熱面８０ｂに熱的に接続された配熱部材９０の第１の面９０ａから配熱部材９０内に移動し、蓄熱される過剰熱量Ｋｏは、温度勾配の低温側である配熱部材９０の外殻蓋体７１に熱的に接続される第２の面９０ｂ側に移動する。そして、第２の面９０ｂに移動した過剰熱量Ｋｏは熱的に接続された外殻蓋体７１に移動し、外殻蓋体７１の外面７１ｂから大気に排熱される。

上述したガスセルユニット１０から大気に排出される過剰熱量Ｋｏの移動経路において、配熱部材９０は、図示するＺ軸方向からの平面視において、ペルチェ素子８０と重なるように配置される。そして、好ましくは配熱部材９０の平面視形状の中にペルチェ素子８０の平面視形状が含まれることで、ペルチェ素子８０の放熱面８０ｂに移動した熱を、確実に配熱部材９０に移動させることができる。また、好ましくは配熱部材９０の第２の面９０ｂの平面視における面積が、ペルチェ素子８０の放熱面８０ｂの平面視の面積より大きくすることで、配熱部材９０から外殻蓋体７１への伝達可能な熱量を大きくすることができる。従って、放熱面８０ｂから配熱部材９０に移動した過剰熱量Ｋｏを、より短時間に外殻蓋体７１に伝達することができる。

また、第２の面９０ｂを大きくすることによって、外殻蓋体７１の広範囲にわたって過剰熱量Ｋｏを排熱し、更に、大気への放熱領域（放熱面積）が広くなり、短時間に過剰熱量Ｋｏを大気に放出することができる。従って、ペルチェ素子８０によって、強制的にガスセルユニット１０に生じた過剰熱量Ｋｏを吸熱することで、短時間にガスセルユニット１０に含むガスセル１１の温度を所定の温度に維持することが可能となり、配熱部材９０によって短時間にペルチェ素子８０の放熱面８０ｂに移動した過剰熱量Ｋｏを大気中に放熱することで、外殻遮蔽体７０内部の温度上昇を抑制することができ、放熱面８０ｂに移動した過剰熱量Ｋｏの一部が外殻遮蔽体７０の内部で還流してガスセルユニット１０を加熱することが防止できる。

上述した過剰熱量Ｋｏの大気中への放出経路において、配熱部材９０の熱伝導率をｋｓ、外殻遮蔽体７０の外殻蓋体７１の熱伝導率をｋｐ２、とした場合、
ｋｓ＞ｋｐ２ （１）
であることが好ましい。外殻遮蔽体７０の外殻蓋体７１の外表面が過剰熱量Ｋｏの放出面として機能することから、ペルチェ素子８０の放熱面８０ｂに移動された過剰熱量Ｋｏを短時間に配熱部材９０の第２の面９０ｂに移動させても、外殻蓋体７１内の広い範囲に分散されて大気中に放熱させることができる。従って、式（１）を満足させることによって、ペルチェ素子８０から配熱部材９０に伝達される過剰熱量Ｋｏを、短時間に大気中に放出することができる。

図７は、図１あるいは図６に示す本実施形態に係る原子発振器１００のペルチェ素子８０、および配熱部材９０が、複数備えられている実施形態に係る原子発振器２００を示すＺ軸方向からの平面視を示す部分概要図である。図７に示す原子発振器２００では、４個のペルチェ素子２８１，２８２，２８３，２８４が備えられ、それぞれのペルチェ素子２８１，２８２，２８３，２８４に熱的に接続された配熱部材２９１，２９２，２９３，２９４を備えている。そして、配熱部材２９１，２９２，２９３，２９４は外殻蓋体７１の内上面７１ａと熱的に接続されている。

このように複数のペルチェ素子２８１，２８２，２８３，２８４、および配熱部材２９１，２９２，２９３，２９４を備える構成の原子発振器２００とすることにより、外殻蓋体７１と、外殻蓋体７１に熱的に接続される配熱部材２９１，２９２，２９３，２９４と、の接続面積を大きくすることができ、ガスセル１１を含むガスセルユニット１０から大きな熱量を、大気へと放出することができる。その結果、ガスセル１１の所定の温度に短時間で収束させることができる。また、複数のペルチェ素子２８１，２８２，２８３，２８４のいずれかが故障しても、残された動作可能なペルチェ素子によって、ガスセル１１の所定温度を維持させることができる。

図８は、図１あるいは図６に示す第１実施形態に係る原子発振器１００の配熱部材９０の配置が異なる実施形態に係る原子発振器３００を示すＺ軸方向からの平面視を示す概要図である。図８に示す原子発振器３００では、外殻遮蔽体７０の外殻蓋体７１の外面７１ｂの一部を覆うように、原子発振器３００を含む原子発振装置を構成する回路部品３１０が配置される場合、外殻蓋体７１の外面７１ｂからの排熱（放熱）が回路部品３１０によって阻害されてしまう。そこで、配熱部材３９０は、Ｚ軸方向の平面視において、回路部品３１０の重なる領域を避けて、外殻遮蔽体７０に対して偏在させて配置させることができる。

以上説明した配熱部材９０，２９１，２９２，２９３，２９４，３９０を配置することによって、ペルチェ素子８０もしくはペルチェ素子２８１，２８２，２８３，２８４から伝達される過剰熱量Ｋｏ（図６参照）を、熱伝導率の高い配熱部材９５，２９１，２９２，２９３，２９４，３９０を伝達させて、大気に解放されている外殻蓋体７１の外面７１ｂから排熱させることができる。従って、本実施形態に係る原子発振器１００，２００，３００は、高い温度環境下で使用しても、ペルチェ素子８０もしくはペルチェ素子２８１，２８２，２８３，２８４によって、ガスセル１１を含むガスセルユニット１０から過剰な熱量をペルチェ素子８０もしくはペルチェ素子２８１，２８２，２８３，２８４の冷却側から吸熱させることで、ガスセル１１の温度環境の変化に対して、所望の温度に収束、維持させることができ、安定した発振特性を得ることができる。また、ペルチェ素子８０もしくはペルチェ素子２８１，２８２，２８３，２８４に熱的に接続させた配熱部材９０，２９１，２９２，２９３，２９４，３９０を外殻遮蔽体７０に熱的に接続させることにより、ペルチェ素子８０もしくはペルチェ素子２８１，２８２，２８３，２８４から伝達された過剰な熱量を蓄熱した上で、外殻遮蔽体７０に伝達し外部（外気）へ放熱させる。これにより、ガスセルユニット１０に生じた過剰な熱量をより短時間に外部へ放熱することができ、安定した発振特性を有する原子発振器１００，２００，３００を得ることができる。

（第２実施形態）
図９は、第２実施形態に係る原子発振器４００を示す。本実施形態に係る原子発振器４００は、図１あるいは図６に示す第１実施形態に係る原子発振器１００の配熱部材９０の配置のみが異なり、その他の構成は同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。図９は、原子発振器４００を示す正断面図であり、図９に示すＣ−Ｃ´部の断面図は、図２と同じとなる。

図９に示すように、本実施形態に係る原子発振器４００は、セル側遮蔽体４０の蓋体４１に配熱部材４９０が熱的に接続され、配熱部材４９０と、外殻遮蔽体７０に外殻蓋体７１の内上面７１ａと、の間にペルチェ素子８０が挟持されている。

図１０は、図９に示すＤ部の構成を模式的に示す模式図である。図１０に示すように、ガスセル１１を含むガスセルユニット１０の過剰熱量Ｋｏは、ガスセル保持部材１２から、セル側遮蔽体４０の蓋体４１を経由して、蓋体４１に熱的に接続された配熱部材４９０の第１の面４９０ａから配熱部材４９０に伝達される。配熱部材４９０は、過剰熱量Ｋｏが排熱されるセル側遮蔽体４０の蓋体４１の上外面４１ｂの温度がペルチェ素子８０の冷却面８０ａの温度より高いことで、蓋体４１の上外面４１ｂから冷却面８０ａに向けて温度が下降する温度勾配が生じている。この温度勾配によって、蓋体４１の上外面４１ｂに移動された過剰熱量Ｋｏは、温度勾配に沿ってペルチェ素子８０に熱的に接続される第２の面４９０ｂに向けて配熱部材４９０内を移動する。

第２の面４９０ｂに移動された過剰熱量Ｋｏは、ペルチェ素子８０の内部を冷却面８０ａから放熱面８０ｂに向けて移動し、放熱面８０ｂが熱的に接続された外殻遮蔽体７０の外殻蓋体７１の内上面７１ａから、外殻蓋体７１に移動する。そして、過剰熱量Ｋｏは、外殻蓋体７１の外面７１ｂから大気に排熱される。

上述したガスセルユニット１０から大気に排出される過剰熱量Ｋｏの移動経路において、配熱部材４９０は、図示するＺ軸方向からの平面視において、ペルチェ素子８０と重なるように配置される。そして、好ましくは配熱部材４９０の平面視形状の中にペルチェ素子８０の平面視形状が含まれることで、ペルチェ素子８０の冷却面８０ａに、配熱部材４９０の第１の面４９０ａから第２の面４９０ｂの冷却面８０ａとの接続領域に向けた温度勾配に沿って過剰熱量Ｋｏが集約され、ペルチェ素子８０に伝達される。また、好ましくは配熱部材４９０の第１の面４９０ａの平面視における面積が、ペルチェ素子８０の冷却面８０ａの平面視の面積より大きくすることで、配熱部材４９０のセル側遮蔽体４０の蓋体４１からの熱移動領域を大きくし、配熱部材４９０への伝達可能な熱量を大きくすることができる。そして、ペルチェ素子８０への移動熱量が大きくなることによって、より短時間に過剰熱量Ｋｏの大気への排熱を行うことができる。

上述した過剰熱量Ｋｏの大気中への放出経路において、配熱部材４９０の熱伝導率をｋｓ、セル側遮蔽体４０の蓋体４１の熱伝導率をｋｐ１、とした場合、
ｋｓ＞ｋｐ１ （２）
であることが好ましい。セル側遮蔽体４０の蓋体４１に過剰熱量Ｋｏが伝達され、ペルチェ素子８０の冷却面８０ａには配熱部材４９０を介して過剰熱量Ｋｏが移動される。ペルチェ素子８０は、供給される電力によって熱移動量、すなわち冷却面８０ａの冷却温度が制御可能な素子であることから、冷却面８０ａにより多くの過剰熱量Ｋｏを集約することがガスセルユニット１０の冷却を短時間に行うことができる。従って、式（２）を満足させることによって、配熱部材４９０に急峻な温度勾配を持たせることができ、短時間にガスセルユニット１０の冷却をすることができる。

本実施形態に係る原子発振器４００は、高い温度環境下で使用しても、セル側遮蔽体４０を介してガスセルユニット１０と熱的に接続された配熱部材４９０にガスセルユニット１０に発生した過剰熱量Ｋｏを蓄熱し、更に配熱部材４９０に熱的に接続されたペルチェ素子８０によって蓄熱された過剰な熱量が吸熱される。従って、ガスセル１１の温度環境の変化に対して、所望の温度に収束、維持させることができ、安定した発振特性を得ることができる。そして、ペルチェ素子８０に熱的に接続させた外殻遮蔽体７０に、ペルチェ素子８０内を移動させた過剰な熱量が伝達され、外部（外気）へ放熱させる。これにより、ガスセルユニット１０に生じた過剰な熱量をより短時間に外部へ放熱することができ、安定した発振特性を有する原子発振器４００を得ることができる。

本実施形態に係る原子発振器４００においても、第１実施形態に係る原子発振器１００と同様に、ペルチェ素子８０および配熱部材４９０を、複数備えていてもよい。

（第３実施形態）
図１１は、第３実施形態に係る原子発振器５００を示す正断面図である。原子発振器５００は、第１実施形態に係る原子発振器１００に備える配熱部材９０の形態のみが異なる構成である。従って、第３実施形態に係る原子発振器５００の説明では、第１実施形態に係る原子発振器１００と同じ構成要素には同じ符号を付し、説明は省略する。また、図１１に示すＥ−Ｅ´部の断面図は図２と同じであるため、図示および説明は省略する。

図１１に示す原子発振器５００は、セル側遮蔽体４０の蓋体４１と、外殻遮蔽体７０の外殻蓋体７１と、の間にペルチェ素子８０が配置される。そしてペルチェ素子８０と、外殻蓋体７１の内上面７１ａと、の間に第１配熱部材５９１が挟持されている。更に、ペルチェ素子８０と、セル側遮蔽体４０の蓋体４１の上外面４１ｂと、の間に第２配熱部材５９２が挟持されている。

このように、ペルチェ素子８０と、配熱部材５９１，５９２と、を配設することにより、ガスセル１１を含むガスセルユニット１０に生じる過剰熱量Ｋｏを、短時間に外殻遮蔽体７０の外、いわゆる大気中に放出することができ、ガスセル１１の所望温度を安定して維持させることができる。

すなわち、ペルチェ素子８０と、第１配熱部材５９１と、は図６でも説明した通り、ガスセルユニット１０から大気に排出される過剰熱量Ｋｏの移動経路において、第１配熱部材５９１は、図示するＺ軸方向からの平面視において、ペルチェ素子８０と重なるように配置される。そして、好ましくは第１配熱部材５９１の平面視形状の中にペルチェ素子８０の平面視形状が含まれることで、ペルチェ素子８０の放熱面８０ｂに移動した熱を、確実に第１配熱部材５９１に移動させることができる。また、好ましくは第１配熱部材５９１の第２の面５９１ｂの平面視における面積が、ペルチェ素子８０の放熱面８０ｂの平面視の面積より大きくすることで、第１配熱部材５９１から外殻蓋体７１への伝達可能な熱量を大きくすることができる。従って、放熱面８０ｂから第１配熱部材５９１に移動した過剰熱量Ｋｏを、より短時間に外殻蓋体７１に伝達することができる。

また、第１配熱部材５９１の第２の面５９１ｂを大きくすることによって、外殻蓋体７１の広範囲にわたって過剰熱量Ｋｏを排熱し、更に、大気への放熱領域（放熱面積）が広くなり、短時間に過剰熱量Ｋｏを大気に放出することができる。従って、ペルチェ素子８０によって、強制的にガスセルユニット１０に生じた過剰熱量Ｋｏを吸熱することで、短時間にガスセルユニット１０に含むガスセル１１の温度を所定の温度に維持することが可能となり、第１配熱部材５９１によって短時間にペルチェ素子８０の放熱面８０ｂに移動した過剰熱量Ｋｏを大気中に放熱することで、外殻遮蔽体７０内部の温度上昇を抑制することができ、放熱面８０ｂに移動した過剰熱量Ｋｏの一部が外殻遮蔽体７０の内部で還流してガスセルユニット１０を加熱することが防止できる。

上述した過剰熱量Ｋｏの大気中への放出経路において、第１配熱部材５９１の熱伝導率をｋｓ１、外殻遮蔽体７０の外殻蓋体７１の熱伝導率をｋｐ２、とした場合、
ｋｓ１＞ｋｐ２ （３）
であることが好ましい。外殻遮蔽体７０の外殻蓋体７１の外表面が過剰熱量Ｋｏの放出面として機能することから、ペルチェ素子８０の放熱面８０ｂに移動された過剰熱量Ｋｏを短時間に第１配熱部材５９１の第２の面５９１ｂに移動させても、外殻蓋体７１内の広い範囲に分散されて大気中に放熱させることができる。従って、式（３）を満足させることによって、ペルチェ素子８０から第１配熱部材５９１に伝達される過剰熱量Ｋｏを、短時間に大気中に放出することができる。

また、ペルチェ素子８０と、第２配熱部材５９２と、は図１０でも説明した通り、ガスセルユニット１０から大気に排出される過剰熱量Ｋｏの移動経路において、第２配熱部材５９２は、図示するＺ軸方向からの平面視において、ペルチェ素子８０と重なるように配置される。そして、好ましくは第２配熱部材５９２の平面視形状の中にペルチェ素子８０の平面視形状が含まれることで、ペルチェ素子８０の冷却面８０ａに、第２配熱部材５９２の第１の面５９２ａから第２の面５９２ｂの冷却面８０ａとの接続領域に向けた温度勾配に沿って過剰熱量Ｋｏが集約され、ペルチェ素子８０に伝達される。また、好ましくは第２配熱部材５９２の第１の面５９２ａの平面視における面積が、ペルチェ素子８０の冷却面８０ａの平面視の面積より大きくすることで、第２配熱部材５９２のセル側遮蔽体４０の蓋体４１からの熱移動領域を大きくし、第２配熱部材５９２への伝達可能な熱量を大きくすることができる。そして、ペルチェ素子８０への移動熱量が大きくなることによって、より短時間に過剰熱量Ｋｏの大気への排熱を行うことができる。

上述した過剰熱量Ｋｏの大気中への放出経路において、第２配熱部材５９２の熱伝導率をｋｓ２、セル側遮蔽体４０の蓋体４１の熱伝導率をｋｐ１、とした場合、
ｋｓ２＞ｋｐ１ （４）
であることが好ましい。セル側遮蔽体４０の蓋体４１に過剰熱量Ｋｏが伝達され、ペルチェ素子８０の冷却面８０ａには第２配熱部材５９２を介して過剰熱量Ｋｏが移動される。ペルチェ素子８０は、供給される電力によって熱移動量、すなわち冷却面８０ａの冷却温度が制御可能な素子であることから、冷却面８０ａにより多くの過剰熱量Ｋｏを集約することがガスセルユニット１０の冷却を短時間に行うことができる。従って、式（４）を満足させることによって、第２配熱部材５９２に急峻な温度勾配を持たせることができ、短時間にガスセルユニット１０の冷却をすることができる。

本実施形態に係る原子発振器５００は、高い温度環境下で使用しても、セル側遮蔽体４０を介してガスセルユニット１０と熱的に接続された第２配熱部材５９２にガスセルユニット１０に発生した過剰熱量Ｋｏを蓄熱し、更に第２配熱部材５９２に熱的に接続されたペルチェ素子８０によって蓄熱された過剰な熱量が吸熱される。従って、ガスセル１１の温度環境の変化に対して、所望の温度に収束、維持させることができ、安定した発振特性を得ることができる。

そして、第２配熱部材５９２に蓄熱された過剰な熱量が、ペルチェ素子８０によって第１配熱部材５９１側に移動され、第１配熱部材５９１に熱的に接続された外殻遮蔽体７０に伝達し外部（外気）へ放熱させる。これにより、ガスセルユニット１０に生じた過剰な熱量をより短時間に外部へ放熱することができ、安定した発振特性を有する原子発振器５００を得ることができる。

本実施形態に係る原子発振器５００では、第１実施形態に係る原子発振器１００と同様に、複数のペルチェ素子８０、複数の第１配熱部材５９１および複数の第２配熱部材５９２を備えていてもよい。また、第１配熱部材５９１は、図８に示す第１実施形態に係るその他の原子発振器３００に備える配熱部材３９０同様に、Ｚ軸方向の平面視において、回路部品３１０の重なる領域を避けて、外殻遮蔽体７０に対して偏在させて配置させることができる。

（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１００，２００，３００あるいは第２実施形態に係る原子発振器４００、もしくは第３実施形態に係る原子発振器５００のいずれか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本発明に係る原子発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。なお、本実施形態では第１実施形態に係る原子発振器１００を備える形態を説明する。

図１２に示す測位システム１０００は、ＧＰＳ衛星１１００と、基地局装置１２００と、ＧＰＳ受信装置１３００とで構成されている。ＧＰＳ衛星１１００は、測位情報（ＧＰＳ信号）を送信する。基地局装置１２００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１２０１を介してＧＰＳ衛星１１００からの測位情報を高精度に受信する受信装置１２０２と、この受信装置１２０２で受信した測位情報を、アンテナ１２０３を介して送信する送信装置１２０４とを備える。

ここで、受信装置１２０２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器１００を備える電子装置である。このような受信装置１２０２は、優れた信頼性を有する。また、受信装置１２０２で受信された測位情報は、リアルタイムで送信装置１２０４により送信される。ＧＰＳ受信装置１３００は、ＧＰＳ衛星１１００からの測位情報を、アンテナ１３０１を介して受信する衛星受信部１３０２と、基地局装置１２００からの測位情報を、アンテナ１３０３を介して受信する基地局受信部１３０４とを備える。

（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１００，２００，３００あるいは第２実施形態に係る原子発振器４００、もしくは第３実施形態に係る原子発振器５００のいずれか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本発明に係る原子発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。なお、本実施形態では第１実施形態に係る原子発振器１００を備える形態を説明する。

図１３に示すクロック伝送システム２０００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２０００は、Ａ局（上位（Ｎ系））のクロック供給装置（ＣＳＭ：Ｃｌｏｃｋ Ｓｕｐｐｌｙ Ｍｏｄｕｌｅ）２００１およびＳＤＨ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ）装置２００２と、Ｂ局（上位（Ｅ系））のクロック供給装置２００３およびＳＤＨ装置２００４と、Ｃ局（下位）のクロック供給装置２００５およびＳＤＨ装置２００６，２００７とを備える。クロック供給装置２００１は、原子発振器１００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２００１内の原子発振器１００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２００８，２００９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２００２は、クロック供給装置２００１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２００５に伝送する。クロック供給装置２００３は、原子発振器１００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２００３内の原子発振器１００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２００８，２００９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２００４は、クロック供給装置２００３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２００５に伝送する。クロック供給装置２００５は、クロック供給装置２００１，２００３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２００５は、通常、クロック供給装置２００１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２００５は、クロック供給装置２００３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２００６は、クロック供給装置２００５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２００７は、クロック供給装置２００５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。

（第６実施形態）
第６実施形態として、第１実施形態に係る原子発振器１００，２００，３００あるいは第２実施形態に係る原子発振器４００、もしくは第３実施形態に係る原子発振器５００のいずれか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本発明に係る原子発振器を用いた場合の概略構成を示す斜視図である。なお、本実施形態では第１実施形態に係る原子発振器１００を備える形態を説明する。

図１４に示す移動体としての自動車３０００は、車体３００１と、４つの車輪３００２とを有しており、車体３００１に設けられた図示しない動力源によって車輪３００２を回転させるように構成されている。このような自動車３０００には、原子発振器１００が内蔵されている。そして、原子発振器１００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、本発明の原子発振器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。

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。

１０…ガスセルユニット、２０…光射出部、３０…光検出部、４０…ガスセル側磁気遮蔽体、５０…基板、７０…外殻磁気遮蔽体、８０…ペルチェ素子、９０…配熱部材、１００…原子発振器。

Claims (7)

1. 少なくとも、金属原子が封入されているガスセルと、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光源と、を備える原子発振器であって、
   少なくとも、前記ガスセルと、前記コイルと、が収容される第１収容体と、
   前記第１収容体と、前記光源と、が収容される第２収容体と、を備え、
   前記第１収容体と、前記第２収容体と、の間に、熱移送素子と、配熱部材と、が挟持される、
   ことを特徴とする原子発振器。
2. 前記配熱部材が、前記第２収容体と、前記熱移送素子と、によって挟持されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の原子発振器。
3. 前記配熱部材が、前記第１収容体と、前記熱移送素子と、によって挟持されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の原子発振器。
4. 前記配熱部材は、第１配熱部材と第２配熱部材と、を備え、前記第１配熱部材が、前記第２収容体と、前記熱移送素子と、によって挟持され、前記第２配熱部材が、前記第１収容体と、前記熱移送素子と、によって挟持されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の原子発振器。
5. 前記配熱部材の熱伝導率ｋｓ、前記第１配熱部材の熱伝導率ｋｓ１、前記第２配熱部材の熱伝導率ｋｓ２、前記第１収容体の熱伝導率ｋｐ１、前記第２収容体の熱伝導率ｋｐ２、とした場合、
   ｋｓ＞ｋｐ１、ｋｓ＞ｋｐ２
   もしくは、
   ｋｓ１＞ｋｐ２、ｋｓ２＞ｋｐ１
   である、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の原子発振器。
6. 前記第１収容体と前記第２収容体と、によって前記配熱部材と前記熱移送素子と、を挟持される方向からの平面視において、
   前記配熱部材は前記第２収容体に対して偏在している、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の原子発振器。
7. 前記第１収容体および前記第２収容体は、磁気遮蔽体である、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の原子発振器。

Images