JP6347101B2 - 量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体 - Google Patents

Description

本発明は、量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体に関するものである。

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）。
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。

量子干渉効果を利用した原子発振器は、例えば、ガス状の金属原子を封入したガスセルと、ガスセル中の金属原子に周波数の異なる２種の共鳴光を含むレーザー光を照射する半導体レーザーと、ガスセルを透過したレーザー光を検出する光検出器と、を備えている。そして、このような原子発振器では、２種類の共鳴光の周波数差が特定の値のときに２種類の共鳴光の双方がガスセル内の金属原子に吸収されずに透過する電磁誘起透明化（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）現象を生じるが、そのＥＩＴ現象に伴って発生する急峻な信号であるＥＩＴ信号（原子共鳴信号）を光検出器で検出する。

このような原子発振器は、各回路が設けられた基板を有している。各回路には、その機能に応じて、直流または周波数が数ＧＨｚ以下の交流、数μＡ〜数Ａの電流が流れる。
しかしながら、所定の回路間、例えば、小さい電流が流れる回路と大きい電流が流れる回路との間で相互に干渉し、微小なＥＩＴ信号を精度良く検出することができず、原子発振器の発振周波数の精度が低下するという問題がある。

特開２００９−３０２１１８号公報

本発明の目的は、干渉させたくない各回路の相互の干渉を低減しつつ、小型化を図ることができる量子干渉装置および原子発振器を提供すること、また、かかる量子干渉装置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］
本発明の量子干渉装置は、金属原子が封入されているガスセルと、
光を前記ガスセルに向けて出射する光出射部と、
前記ガスセルを透過した前記光を受光する受光部と、
前記ガスセルの温度を制御するセル温度制御部と、
前記光出射部の温度を制御する光出射部温度制御部と、
前記受光部からの受光信号を処理する受光回路を有し、原子共鳴信号を制御するアナログ回路と、
前記アナログ回路を制御するデジタル回路と、
第１基板と、
第２基板と、を備え、
前記第１基板に前記受光回路が設けられ、
前記第２基板に、前記セル温度制御部、前記光出射部温度制御部および前記デジタル回路のうちの少なくとも１つが設けられ、
前記第１基板と前記第２基板との少なくとも一部が平面視で重なっていることを特徴とする。

これにより、受光回路と、セル温度制御部、光出射部温度制御部およびデジタル回路のうちの少なくとも１つとの相互の干渉を低減することができ、これによって、微小な原子共鳴信号を確実に検出することができ、高精度な量子干渉装置を提供することができる。
また、第１基板と第２基板との少なくとも一部が平面視で重なっていることにより、小型化を図ることができる。

［適用例２］
本発明の量子干渉装置では、前記ガスセルを収納する筐体と、
前記筐体内の温度を制御する筐体温度制御部と、
電力の供給により駆動され、前記セル温度制御部により制御され、前記ガスセルを加熱する加熱部と、
前記加熱部に印加される電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路と前記筐体温度制御部との少なくとも一方が設けられた第３基板と、を備え、
前記第１基板と前記第３基板との少なくとも一部が平面視で重なっていることが好ましい。

これにより、まず、電源電圧を小さくすることで消費電力を低減することができる。そして、昇圧回路で加熱部に印加される電圧を昇圧することにより、加熱部に供給する電力を一定に保持しつつ、加熱部を流れる電流を減少させることができ、これにより、加熱部への通電によりその加熱部で発生する磁場を小さくすることができ、加熱部で発生する磁場がガスセル内に悪影響を及ぼすことを防止または抑制することができる。また、筐体の温度を目標値に調整することができる。これによって、高精度な量子干渉装置を提供することができる。

［適用例３］
本発明の量子干渉装置では、前記第１基板、前記第２基板、および前記第３基板は、平面視で少なくとも一部が重なっていることが好ましい。
これにより、小型化を図ることができる。
［適用例４］
本発明の量子干渉装置では、前記第１基板に設けられた電源端子と、
前記第１基板に設けられ、前記電源端子と電気的に接続された第１接続端子と、
前記第２基板に設けられ、前記第１接続端子と電気的に接続された第２接続端子と、
前記第３基板に設けられ、前記第１接続端子と電気的に接続された第３接続端子と、を備え、
前記第１接続端子、前記第２接続端子、および前記第３接続端子は、平面視で少なくとも一部が重なっていることが好ましい。
これにより、第１接続端子と第２接続端子との距離、第１接続端子と第３接続端子との距離をそれぞれ小さくすることができ、これによって、第１接続端子と第２接続端子との間、第１接続端子と第３接続端子との間において、それぞれ、電力の損失を低減することができる。

［適用例５］
本発明の原子発振器は、本発明の量子干渉装置を備えることを特徴とする。
これにより、干渉させたくない各回路の相互の干渉を低減することができ、これによって、微小な原子共鳴信号を確実に検出することができ、高精度な原子発振器を提供することができる。また、小型化を図ることができる。

［適用例６］
本発明の電子機器は、本発明の量子干渉装置を備えることを特徴とする。
これにより、小型化を図りつつ、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７］
本発明の移動体は、本発明の量子干渉装置を備えることを特徴とする。
これにより、小型化を図りつつ、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実施形態に係る原子発振器の概略構成を示す模式図である。 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。 光出射部から出射される２つの光の周波数差と、受光部および受光回路で検出される光の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断面図である。 図１に示す原子発振器が備える光出射部およびガスセルを説明するための模式図である。 図１に示す原子発振器が備える第１基板、第２基板および第３基板を示す斜視図である。 図１に示す原子発振器が備える第１基板と、その第１基板に設けられた電源端子、電源回路およびコネクターとを示す平面図（ブロック図を含む）である。 本発明の第２実施形態に係る原子発振器の第２基板を説明するための模式図である。 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システム構成概要図である。 本発明の移動体の一例を示す図である。

以下、本発明の量子干渉装置、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。
１．原子発振器（量子干渉装置）
まず、本発明の原子発振器（本発明の量子干渉装置を備える原子発振器）について説明する。なお、以下では、本発明の量子干渉装置を原子発振器に適用した例を説明するが、本発明の量子干渉装置は、これに限定されず、原子発振器の他、例えば、磁気センサー、量子メモリー等にも適用可能である。

＜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の概略構成を示す模式図である。また、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、光出射部から出射される２つの光の周波数差と、受光部および受光回路で検出される光の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、図４に示すように、光出射側のユニットである第１ユニット２と、光検出側のユニットである第２ユニット３と、ユニット２、３間に設けられた光学部品４１、４２、４３と、ペルチェ素子４６と、温度センサー４７と、第１ユニット２、第２ユニット３およびペルチェ素子４６を制御する制御部６と、第１基板８１と、第２基板８２と、第３基板８３と、支持板（接続部材）７と、これらを収納する外パッケージ５とを備える。

ここで、第１ユニット２は、光出射部２１と、ペルチェ素子２４と、温度センサー２５と、これらを収納する第１パッケージ２２とを備える。
また、第２ユニット３は、ガスセル３１と、受光部３８と、ヒーター（加熱部）３３と、温度センサー３４と、コイル３５と、これらを収納する第２パッケージ（筺体）３６とを備える。なお、ペルチェ素子４６および温度センサー４７は、例えば、第２パッケージ３６の所定部位に設けられている。

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２１がガスセル３１に向けて励起光ＬＬを出射し、ガスセル３１を透過した励起光ＬＬを受光部３８および受光回路６８で検出する。
ガスセル３１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２１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２１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、受光部３８および受光回路６８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（原子共鳴信号）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に示す原子発振器の断面図、図５は、図１に示す原子発振器が備える光出射部およびガスセルを説明するための模式図、図６は、図１に示す原子発振器が備える第１基板、第２基板および第３基板を示す斜視図、図７は、図１に示す原子発振器が備える第１基板と、その第１基板に設けられた電源端子、電源回路およびコネクターとを示す平面図（ブロック図を含む）である。なお、図４の断面は、図６および図７中のＡ−Ａ線での断面である。また、以下では、説明の便宜上、図４〜図６中の上側を「上」、下側を「下」という。

原子発振器１は、図１および図４に示すように、制御部６が分散して実装された第１基板８１、第２基板８２および第３基板８３と、第１ユニット２および第２ユニット３を同一面側で支持する支持板７とを備える。
第１ユニット２、第２ユニット３、ペルチェ素子４６および温度センサー４７は、第１基板８１、第２基板８２および第３基板８３の配線（図示せず）、フレキシブルなコネクター（図示せず）、第１基板８１、第２基板８２、第３基板８３に設けられたコネクター（図示せず）等を介して制御部６に電気的に接続されている。そして、第１ユニット２、第２ユニット３およびペルチェ素子４６は、制御部６により駆動制御される。

以下、原子発振器１の各部を順次詳細に説明する。
（第１ユニット）
前述したように、第１ユニット２は、光出射部２１と、ペルチェ素子２４と、温度センサー２５と、これらを収納する第１パッケージ２２とを備える。

［光出射部］
光出射部２１は、ガスセル３１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２１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）を含む光を励起光ＬＬ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３１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３１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２１としては、前述したような励起光ＬＬ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。

［ペルチェ素子］
ペルチェ素子（温度調節素子）２４は、光出射部２１を加熱、冷却する機能を有する。これにより、光出射部２１は、所定温度に温度調節される。なお、光出射部２１の温度を調節する温度調節素子としては、ペルチェ素子２４に限らず、例えば、発熱抵抗体（ヒーター）等が挙げられる。
このようなペルチェ素子２４は、後述する制御部６の光出射部温度制御部６４に電気的に接続され、通電制御される。

［温度センサー］
温度センサー２５は、光出射部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２５の検出結果に基づいて、前述したペルチェ素子２４の駆動が制御される。これにより、光出射部２１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２５の設置位置は、特に限定されず、例えば、光出射部２１の外表面上等が挙げられる。
温度センサー２５としては、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２５は、後述する制御部６の光出射部温度制御部６４に電気的に接続されている。

［第１パッケージ］
第１パッケージ２２は、前述した光出射部２１、ペルチェ素子２４および温度センサー２５を収納する。
この第１パッケージ２２は、外形形状がブロック状をなす筐体を有し、箱状をなしている。この第１パッケージ２２は、外パッケージ５のベースプレート５１（図４参照）に固定（接続）された支持板７に搭載されている。
また、第１パッケージ２２は、光出射部２１、ペルチェ素子２４および温度センサー２５を内部で直接的または間接的に支持する。

また、第１パッケージ２２からは、例えば、複数のリード（図示せず）が突出しており、これらは、配線を介して光出射部２１、ペルチェ素子２４および温度センサー２５に電気的に接続されている。そして、前記各リードは、図示しないコネクター等で第１基板８１、第２基板８２および第３基板８３の所定の基板と電気的に接続されている。このコネクターとしては、例えば、フレキシブル基板や、ソケット状をなすもの等を用いることとができる。

また、第１パッケージ２２の第２ユニット３側の壁部には、窓部２３が設けられている。この窓部２３は、ガスセル３１と光出射部２１との間の光軸（励起光ＬＬの軸ａ）上に設けられている。そして、窓部２３は、前述した励起光ＬＬに対して透過性を有する。
本実施形態では、窓部２３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３１へ照射することができる。また、窓部２３は、励起光ＬＬを平行光とする機能を有する。すなわち、窓部２３はコリメートレンズであり、内部空間Ｓにおける励起光ＬＬは平行光である。これにより、内部空間Ｓに存在するアルカリ金属の原子のうち、光出射部２１から出射した励起光ＬＬにより共鳴するアルカリ金属の原子の数を多くすることができる。その結果、ＥＩＴ信号の強度を高めることができる。

なお、窓部２３は、励起光ＬＬに対する透過性を有するものであれば、レンズに限定されず、例えば、レンズ以外の光学部品であってもよいし、単なる光透過性の板状部材であってもよい。この場合、前述したような機能を有するレンズは、例えば、後述する光学部品４１、４２、４３と同様、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６との間に設けられていてもよい。

このような第１パッケージ２２の窓部２３以外の部分の構成材料としては、特に限定されず、例えば、セラミックス、金属、樹脂等を用いることができる。
ここで、第１パッケージ２２の窓部２３以外の部分が励起光に対して透過性を有する材料で構成されている場合、第１パッケージ２２の窓部２３以外の部分と窓部２３と一体的に形成することができる。また、第１パッケージ２２の窓部２３以外の部分が励起光に対して透過性を有しない材料で構成されている場合、第１パッケージ２２の窓部２３以外の部分と窓部２３とを別体で形成し、これらを公知の接合方法により接合すればよい。

また、第１パッケージ２２内が気密空間であることが好ましい。これにより、第１パッケージ２２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。
このような第１パッケージ２２によれば、光出射部２１から第１パッケージ２２外への励起光の出射を許容しつつ、光出射部２１、ペルチェ素子２４および温度センサー２５を第１パッケージ２２内に収納することができる。

（第２ユニット）
前述したように、第２ユニット３は、ガスセル３１と、受光部３８と、ヒーター３３と、温度センサー３４と、コイル３５と、これらを収納する第２パッケージ３６とを備える。

［ガスセル］
ガスセル３１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３１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。
例えば、ガスセル３１は、図５に示すように、柱状の貫通孔３１１ａを有する本体部３１１と、その貫通孔３１１ａの両開口を封鎖する１対の窓部３１２、３１３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。

本体部３１１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３１２、３１３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。
このような本体部３１１には、窓部３１２、３１３が気密的に接合されている。これにより、ガスセル３１の内部空間Ｓを気密空間とすることができる。
本体部３１１と窓部３１２、３１３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、窓部３１２、３１３を構成する材料としては、前述したような励起光ＬＬ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、シリコン材料、ガラス材料、水晶等が挙げられる。
このような各窓部３１２、３１３は、前述した光出射部２１からの励起光ＬＬに対する透過性を有している。そして、一方の窓部３１２は、ガスセル３１内へ入射する励起光ＬＬが透過するものであり、他方の窓部３１３は、ガスセル３１内から出射した励起光ＬＬが透過するものである。
このようなガスセル３１は、ヒーター３３により加熱され、所定温度に温度調節される。

［受光部、受光回路］
受光部３８および受光回路６８は、ガスセル３１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。この場合、受光部３８は、ガスセル３１内を透過した励起光ＬＬを受光する機能、すなわち光電変換する機能を有する。また、受光回路６８は、受光部３８の受光信号、すなわち受光部３８から出力された電流を電圧に変換し、その電圧を増幅する機能を有する。すなわち、受光回路６８は、電流を電圧に変換する電流電圧変換回路（ＩＶ変換回路）を有している。
なお、受光部３８としては、上述したような励起光ＬＬ受光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３３は、前述したガスセル３１（より具体的にはガスセル３１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３１中のアルカリ金属を所望濃度のガス状に維持することができる。
このヒーター３３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、ガスセル３１の外表面上に設けられた発熱抵抗体で構成されている。このような発熱抵抗体は、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される。

ここで、かかる発熱抵抗体は、ガスセル３１の励起光ＬＬの入射部または出射部に設けられる場合、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。

なお、ヒーター３３は、ガスセル３１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３１に対して非接触であってもよい。また、ヒーター３３に代えて、または、ヒーター３３と併用して、ペルチェ素子を用いて、ガスセル３１を加熱してもよい。
このようなヒーター３３は、後述する制御部６のセル温度制御部６２に電気的に接続され、通電制御される。

［温度センサー］
温度センサー３４は、ヒーター３３またはガスセル３１の温度を検出するものである。そして、この温度センサー３４の検出結果に基づいて、前述したヒーター３３の発熱量が制御される。これにより、ガスセル３１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３４の設置位置は、特に限定されず、例えば、ヒーター３３上であってもよいし、ガスセル３１の外表面上であってもよい。
温度センサー３４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３４は、後述する制御部６のセル温度制御部６２に電気的に接続されている。

［コイル］
コイル３５は、通電により、内部空間Ｓに励起光ＬＬの軸ａに沿った方向（平行な方向）の磁場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、内部空間Ｓに存在するアルカリ金属の原子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、ＥＩＴ信号の線幅を小さくすることができる。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。
なお、コイル３５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。

このコイル３５の設置位置は、特に限定されず、図示しないが、例えば、ソレノイド型を構成するようにガスセル３１の外周に沿って巻回して設けられていてもよいし、ヘルムホルツ型を構成するように１対のコイルをガスセル３１を介して対向させてもよい。
このコイル３５は、図示しない配線を介して、後述する制御部６の磁場制御部６３に電気的に接続されている。これにより、コイル３５に通電を行うことができる。

［第２パッケージ］
第２パッケージ３６は、前述したガスセル３１、受光部３８、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５を収納する。
第２パッケージ３６は、外形形状がブロック状をなす筐体を有し、箱状をなしている。この第２パッケージ３６は、外パッケージ５のベースプレート５１（図４参照）に固定（接続）された支持板７に搭載されている。
また、第２パッケージ３６は、ガスセル３１、受光部３８、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５を内部で直接的または間接的に支持する。

また、第２パッケージ３６からは、例えば、複数のリード（図示せず）が突出しており、これらは、配線を介してガスセル３１、受光部３８、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５に電気的に接続されている。そして、前記各リードは、図示しないコネクター等で第１基板８１、第２基板８２および第３基板８３の所定の基板と電気的に接続されている。このコネクターとしては、例えば、フレキシブル基板や、ソケット状をなすもの等を用いることとができる。

また、第２パッケージ３６の第１ユニット２側の壁部には、窓部３７が設けられている。この窓部３７は、ガスセル３１と光出射部２１との間の光軸（軸ａ）上に設けられている。そして、窓部３７は、前述した励起光に対して透過性を有する。
なお、窓部３７は、励起光に対する透過性を有するものであれば、光透過性を有するものに限定されず、例えば、レンズ、偏光板、λ／４波長板等の光学部品であってもよい。
このような第２パッケージ３６の窓部３７以外の部分の構成材料としては、特に限定されず、例えば、セラミックス、金属、樹脂等を用いることができる。

（ペルチェ素子および温度センサー）
［ペルチェ素子］
ペルチェ素子（温度調節素子）４６は、第２パッケージ３６を加熱、冷却する機能を有する。これにより、第２パッケージ３６は、所定温度に温度調節される。なお、第２パッケージ３６の温度を調節する温度調節素子としては、ペルチェ素子４６に限らず、例えば、発熱抵抗体（ヒーター）等が挙げられる。
このようなペルチェ素子４６は、後述する制御部６のパッケージ温度制御部６５に電気的に接続され、通電制御される。

［温度センサー］
温度センサー４７は、第２パッケージ３６内の温度を検出するものである。そして、この温度センサー４７の検出結果に基づいて、前述したペルチェ素子４６の駆動が制御される。これにより、第２パッケージ３６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４７の設置位置は、特に限定されず、例えば、第２パッケージ３６の外表面上等が挙げられる。
温度センサー４７としては、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４７は、後述する制御部６のパッケージ温度制御部６５に電気的に接続されている。

（光学部品）
前述したような第１パッケージ２２と第２パッケージ３６との間には、複数の光学部品４１、４２、４３が配置されている。この複数の光学部品４１、４２、４３は、それぞれ、前述した第１パッケージ２２内の光出射部２１と、前述した第２パッケージ３６内のガスセル３１との間の光軸（軸ａ）上に設けられている。

また、本実施形態では、第１パッケージ２２側から第２パッケージ３６側へ、光学部品４１、光学部品４２、光学部品４３の順に配置されている。なお、光学部品４１、４２、４３は、それぞれ、外パッケージ５のベースプレート５１（図４参照）に設置されている。なお、光学部品４１、４２、４３を保持する方法としては、例えば、ベースプレート５１に３つの凹部を設け、各凹部内に光学部品４１、４２、４３をそれぞれ挿入させる方法等が挙げられる。
光学部品４１は、λ／４波長板である。これにより、例えば、光出射部２１からの励起光が直線偏光である場合、その励起光を円偏光（右円偏光または左円偏光）に変換することができる。

前述したようにコイル３５の磁場によりガスセル３１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、前述したようにコイル３５の磁場によりガスセル３１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。

本実施形態では、光学部品４１は、円板状をなしている。そのため、後述するようなベースプレート５１に形成された図示しない貫通孔に係合した状態で光軸（軸ａ）に平行な軸線周りに光学部品４１を回転させることができる。なお、光学部品４１の平面視形状は、これに限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形をなしていてもよい。
このような光学部品４１に対して第２ユニット３側には、光学部品４２、４３が配置されている。

光学部品４２、４３は、それぞれ、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３１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２１の出力が大きい場合でも、ガスセル３１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４１により円偏光に変換された励起光の強度を光学部品４２、４３により調整する。

本実施形態では、光学部品４２、４３は、それぞれ、板状をなしている。また、光学部品４２、４３の平面視形状は、それぞれ、円形をなしている。そのため、後述するようなベースプレート５１に形成された図示しない貫通孔に係合した状態で光軸（軸ａ）に平行な軸線周りに光学部品４２、４３をそれぞれ回転させることができる。
なお、光学部品４２、４３の平面視形状は、これに限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形をなしていてもよい。

また、光学部品４２および光学部品４３は、互いに減光率が等しくてもよいし異なっていてもよい。
また、光学部品４２、４３は、それぞれ、上側と下側とで連続的または段階的に減光率の異なる部分を有していてもよい。この場合、光学部品４２、４３を外パッケージ５に対して上下方向での位置を調整することにより、励起光の減光率を調整することができる。
また、光学部品４２、４３は、それぞれ、周方向で連続的または断続的に減光率が異なる部分を有していてもよい。この場合、光学部品４２、４３を回転させることにより、励起光の減光率を調整することができる。なお、この場合、光学部品４２、４３の回転中心が軸ａに対してずれていればよい。

なお、この光学部品４２、４３のうちのいずれか一方の光学部品を省略してもよい。また、光出射部２１の出力が適度である場合、光学部品４２、４３の双方を省略することができる。
また、光学部品４１、４２、４３は、前述した種類、配置順、数等に限定されない。例えば、光学部品４１、４２、４３は、それぞれ、λ／４波長板または減光フィルターに限定されず、レンズ、偏光板等であってもよい。

（外パッケージ）
図４に示すように、外パッケージ５は、支持板７および光学部品４１〜４３を支持するベースプレート（基板）５１と、ベースプレート５１に対して、第１ユニット２、第２ユニット３、第１基板８１、第２基板８２、第３基板８３、支持板７および光学部品４１〜４３等の各収納物を覆うように設けられたカバー部材５２とを有している。また、ベースプレート５１とカバー部材５２とは、例えば、図示しない接着剤等により固定されている。

第１基板８１、第２基板８２および第３基板８３は、互いに離間して、その厚さ方向（図４中の上下方向）に並んだ状態で、複数の導電性ピン１８でベースプレート５１から離間して保持されている。
各導電性ピン１８は、ベースプレート５１を貫通しての外パッケージ５の外側に突出しており、この突出した部分で外部と、第１基板８１、第２基板８２および第３基板８３とを直接または間接的に電気的に接続している。
外パッケージの構成材料としては、特に限定されず、例えば、セラミックス、金属、樹脂等を用いることができる。

（支持板）
図４に示すように、支持板７は、第１ユニット２を支持する第１板状部７１と、第２ユニット３を支持する第２板状部７２と、第１板状部７１と第２板状部７２とを連結する一対の連結部７３とを有している。第２板状部７２は、第１板状部７１よりも上側、すなわち第２ユニット３側に位置している。なお、支持板７に貫通孔７４が形成されていることで、連結部７３が１対形成される。この支持板７は、第１ユニット２と第２ユニット３とを同一面側（上面側）で支持し、かつ、下面側でベースプレート５１上に載置（接続）される部材である。

第１板状部７１は、上面で第１ユニット２を支持し、その下面がベースプレート５１に固定されている。また、第２板状部７２は、上面で第２ユニット３を支持している。第２板状部７２の下面は、ベースプレート５１から離間している。また、貫通孔７４の位置に各光学部品４１、４２、４３が配置される。
この支持板７により、第２ユニット３がベースプレート５１から離間しているので、ベースプレート５１から第２ユニット３への直接的な熱伝達を防止することができる。よって、原子発振器１は信頼性に優れたものとなる。

また、各連結部７３は、互いに離間して一対設けられている。これにより、例えば、連結部７３が一枚の板片で構成されている場合に比べて、連結部７３の断面積を小さくすることができる。これによって、断面積が小さい分、第１板状部７１から第２板状部７２への熱伝導量を低減することができる。よって、原子発振器１はより信頼性に優れたものとなる。
支持板７の構成材料としては特に限定されず、例えば、セラミックス材料、金属、樹脂等を用いることができるが、これらの中では、金属であるのが好ましい。

（制御部）
図１に示す制御部６は、ヒーター３３、コイル３５、光出射部２１、ペルチェ素子２４および４６をそれぞれ制御する機能を有する。
本実施形態では、制御部６は、第１基板８１、第２基板８２および第３基板８３に搭載された複数のＩＣ（Integrated Circuit）チップ等で構成されている。

このような制御部６は、光出射部２１の共鳴光１、２の周波数を制御する励起光制御部（光出射部制御部）６１と、ガスセル３１中のアルカリ金属の温度（ガスセル３１の温度）を制御するセル温度制御部６２と、ガスセル３１に印加する磁場を制御する磁場制御部６３と、光出射部２１の温度を制御する光出射部温度制御部６４と、第２パッケージ３６の温度を制御するパッケージ温度制御部６５と、掃引回路６９とを有する。また、励起光制御部６１は、受光部３８から出力される受光信号を処理する受光回路６８と、水晶発振器（発振回路）１３と、水晶発振器の出力端子に電気的に接続された逓倍器６１１とを有する。
また、制御部６は、前記水晶発振器１３および前記受光回路６８を有し、ＥＩＴ信号を制御するアナログ回路６７と、アナログ回路６７および励起光制御部６１を制御するデジタル回路６６とを備える。なお、アナログ回路６７の構成要素と、励起光制御部６１の構成要素とは、多くの部分（一部）が重複している。

セル温度制御部６２は、温度センサー３４の検出結果に基づいて、ヒーター（加熱部）３３の駆動を制御する、すなわち、ヒーター３３への通電を制御する。これにより、ガスセル３１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６３は、コイル３５が発生する磁場が一定となるように、コイル３５への通電を制御する。

また、光出射部温度制御部６４は、温度センサー２５の検出結果に基づいて、ペルチェ素子２４の駆動を制御する、すなわち、ペルチェ素子２４への通電を制御する。これにより、光出射部２１を所望の温度範囲内に維持することができる。
また、パッケージ温度制御部６５は、温度センサー４７の検出結果に基づいて、ペルチェ素子４６の駆動を制御する、すなわち、ペルチェ素子４６への通電を制御する。これにより、第２パッケージ３６を所望の温度範囲内に維持することができる。

ここで、励起光制御部６１とアナログ回路６７とは、多くの部分が重複しており、ほぼ同じ制御を行うので、以下では、代表的に励起光制御部６１の制御を説明する。
励起光制御部６１は、前述した受光部３８および受光回路６８の検出結果に基づいて、光出射部２１の駆動（ＥＩＴ信号）を制御する、すなわち、光出射部２１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６１は、前述した受光部３８および受光回路６８の検出結果に基づいて、前述した周波数差（ω１−ω２）がアルカリ金属固有の周波数ω０となるように、光出射部２１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６１は、水晶発振器１３の発振周波数（共振周波数）を受光部３８および受光回路６８の検知結果に基づいて同期・調整しながら原子発振器１の出力信号として出力する。水晶発振器１３としては、例えば、電圧制御型水晶発振器等を用いることができる。

ここで、前記水晶発振器１３の発振周波数の調整について、具体例として、アルカリ金属固有の周波数ω０が９．２ＧＨｚであり、水晶発振器１３の発振周波数を１０ｋＨｚに保持し、その１０ｋＨｚの信号を原子発振器１の出力信号として出力する場合を例に挙げて説明する。
まず、水晶発振器１３から出力された信号（周波数：１０ｋＨｚ）は、逓倍器６１１で４．６×１０^５倍（周波数：４．６ＧＨｚ）に逓倍され、所定の直流電流と合成され、周波数変調された後、光出射部２１に送出される。光出射部２１は、その信号で駆動され、前述した励起光ＬＬを出射し、ガスセル３１内を透過した励起光ＬＬは、受光部３８で受光される、すなわち光電変換される。受光部３８から出力された電流は、受光回路６８で電圧に変換され、増幅される。すなわち、受光部３８および受光回路６８において、励起光ＬＬの強度が検出され、励起光制御部６１は、この検出結果（ＥＩＴ信号）に基づいて処理を行う。励起光制御部６１の受光回路６８では、ＥＩＴ信号の強度と、予め設定された閾値とを比較し、ＥＩＴ信号の強度が閾値以上であれば、ＥＩＴ信号の強度が閾値以上であることを示す信号をデジタル回路６６に送信する。なお、の受光回路６８は、ＥＩＴ信号の強度が閾値以上であるときは、常に、ＥＩＴ信号の強度が閾値以上であることを示す信号をデジタル回路６６に送信する。そして、デジタル回路６６は、前記ＥＩＴ信号の強度が閾値以上であることを示す信号を受信しているときは、水晶発振器１３が１０ｋＨｚで発振しているものと判定し、掃引回路６９を切り離し、水晶発振器１３の発振周波数を原子共鳴周波数にロック（固定）する。
しかし、水晶発振器１３の水晶が経時的に劣化すること等の理由で、水晶発振器１３の発振周波数は、長期間の間には経時的に変化してしまう。したがって、原子共鳴周波数へロックさせるためには、水晶発振器１３の発振周波数を掃引回路６９により掃引し、ＥＩＴ信号の出る周波数を見つける必要がある。

水晶発振器１３の発振周波数の調整の際は、励起光制御部６１は、掃引回路６９により水晶発振器１３の発振周波数を１０ｋＨｚ付近で変更しつつ、前記のようにして、ＥＩＴ信号の強度と閾値とを比較し、そのＥＩＴ信号の強度が閾値以上になると、ＥＩＴ信号の強度が閾値以上であることを示す信号をデジタル回路６６に送信する。そして、デジタル回路６６は、前記ＥＩＴ信号の強度が閾値以上であることを示す信号を受信すると、水晶発振器１３が１０ｋＨｚで発振しているものと判定し、掃引回路６９を切り離して水晶発振器１３の発振周波数をロックする。これにより、水晶発振器１３が１０ｋＨｚで発振する状態が保持される。

（電源端子、電源回路、昇圧回路）
図１および図７に示すように、原子発振器１は、第１基板８１に設けられ、電源１６に電気的に接続された電源端子１５を有しており、電源１６から電源端子１５には、電源電圧が印加されている。電源１６から出力される電源電圧は、電源端子１５から所定の各部に印加される。なお、電源１６は、原子発振器１に内蔵または着脱自在でもよく、また、原子発振器１の外部の電源であってもよい。

また、原子発振器１は、第１基板８１に設けられ、電源端子１５に電気的に接続された電源回路１７を有している。電源回路１７では、電源電圧が、所定の種々の大きさに変換され、その各電圧は、所定の各部に印加される。
また、電源端子１５および電源回路１７は、それぞれ、第１基板８１に設けられたコネクター１９１に電気的に接続されている。前記電源電圧および電源回路１７で変換された電圧は、それぞれ、コネクター１９１および後述するコネクター１９２（図４参照）を介して第２基板８２に設けられた各部に印加され、また、コネクター１９１、１９２および後述するコネクター１９３（図４参照）を介して第３基板８３に設けられた各部に印加される。

ここで、コネクター１９１は、電源端子１５の近傍に設けられていることが好ましい。また、電源回路１７は、電源端子１５の近傍に設けられていることが好ましい。また、電源回路１７は、コネクター１９１の近傍に設けられていることが好ましい。これにより、電源端子１５に供給される電流を短い配線で、電源端子１５から、第２基板８２に設けられた各部、第３基板８３に設けられた各部に供給することができる。これによって、電力の損失を低減することができる。
なお、電源端子１５と電源回路１７との間、電源端子１５とコネクター１９１との間は、それぞれ、例えば、ヒューズ等が設けられていてもよい。

また、原子発振器１は、第３基板８３に設けられ、ヒーター３３に印加される電圧を昇圧する昇圧回路１４を有している。昇圧回路１４は、電源端子１５とヒーター３３との間の電源ラインの途中に位置しており、その昇圧回路１４の入力端子は、電源端子１５に電気的に接続され、昇圧回路１４の出力端子は、ヒーター３３に電気的に接続されている。これにより、電源電圧は、昇圧回路１４で昇圧されてヒーター３３に印加される。これによって、ヒーター３３に供給する電力を一定に保持しつつ、ヒーター３３を流れる電流を小さくすることができる。これにより、ヒーター３３へ通電した際にヒーター３３を流れる電流により発生する磁場を小さくでき、その磁場がガスセル３１内に悪影響を及ぼすことを防止または抑制することができる。

昇圧回路１４としては、電圧を昇圧できるものであれば、特に限定されないが、例えば、スイッチングレギュレーター等のスイッチング機能を有するものが好ましい。スイッチング機能を有する昇圧回路を用いることにより、高効率かつ低コストとすることができる。
また、昇圧回路１４としてスイッチング機能を有する昇圧回路を用いる場合、スイッチング周波数は、特に限定されず、諸条件により適宜設定されるものであるが、１０ｋＨｚ以上、１０ＭＨｚ以下であることが好ましく、１００ｋＨｚ以上、３ＭＨｚ以下であることがより好ましい。ここで、ヒーター３３への通電により発生する磁場は、昇圧回路１４のスイッチング周波数に依存する成分を有する。一方、光出射部２１は、低周波数（例えば、１００Ｈｚ程度）で周波数変調された信号で駆動され、励起光ＬＬを出射するので、原子共鳴は、その周波数変調の周波数付近の周波数成分を有する磁場の影響を受け易い。このため、スイッチング周波数は、前記周波数変調の周波数から離間させることが好ましい。したがって、スイッチング周波数が前記下限値よりも小さいと、他の条件によっては、そのヒーター３３への通電により発生する磁場が原子共鳴へ悪影響を及ぼすこととなる。また、スイッチング周波数が出力周波数に近くなると、例えばノイズが発生するなどして、原子共鳴へ悪影響を及ぼすこととなる。

また、昇圧回路１４の電圧の増幅率は、特に限定されず、諸条件により適宜設定されるものであるが、２倍以上、５倍以下であることが好ましく、３倍以上、４．５倍以下であることがより好ましい。なお、前記電圧の増幅率とは、増幅後の電圧を増幅前の電圧で除した値である。電圧の増幅率が前記下限値よりも小さいと、他の条件によっては、ヒーター３３への通電により発生する磁場が大きくなり過ぎることがある。また、電圧の増幅率が前記上値よりも大きいと、他の条件によっては、高耐圧の部材が必要になり、装置の大型化、高コスト化を招くことや、ノイズが大きくなることがある。

また、ヒーター３３に供給する電流は、特に限定されず、諸条件により適宜設定されるものであるが、１．５Ａ以下であることが好ましく、３００ｍＡ以下であることがより好ましく、１ｍＡ以上、３００ｍＡ以下であることがさらに好ましい。また、ヒーター３３に印加する電圧は、特に限定されず、諸条件により適宜設定されるものであるが、６Ｖ以上、１５Ｖ以下であることが好ましく、８Ｖ以上、１４Ｖ以下であることがより好ましい。

また、昇圧回路１４の出力端子は、光出射部２１、受光部３８、励起光制御部６１およびセル温度制御部６２、光出射部温度制御部６４、パッケージ温度制御部６５等の他の部位には電気的に接続されていない。すなわち、この昇圧回路１４は、ヒーター３３専用のものである。これにより、昇圧回路１４の各パラメーターをヒーター３３に対して最適になるように自在に設定することができる。

昇圧回路１４を設ける効果は、以下の通りである。
まず、電源電圧を小さくすることで消費電力を低減することができる。そして、昇圧回路１４でヒーター３３に印加される電圧を昇圧することにより、ヒーター３３に供給する電力を一定に保持しつつ、ヒーター３３を流れる電流を減少させることができ、これにより、ヒーター３３への通電によりそのヒーター３３で発生する磁場を小さくことができる。これによって、ヒーター３３で発生する磁場がガスセル３１内に悪影響を及ぼすことを防止または抑制することができ、ガスセル３１の内部空間Ｓに発生させる磁場を安定させることができ、原子発振器１の発振周波数の精度を向上させることができる。また、磁気シールドを簡素化することが可能になる。

（第１基板、第２基板、第３基板）
以下、図１、図４、図６、図７に基づいて、第１基板８１、第２基板８２、第３基板８３について説明する。
第１基板８１、第２基板８２および第３基板８３は、図示しない配線を有し、かかる配線を介して、第１基板８１、第２基板８２および第３基板８３に分散して搭載された制御部６等の各電子部品と、例えば、各コネクター（図示せず）とを電気的に接続する機能を有する。なお、前記各コネクターは、第１ユニット２および第２ユニット３等と、第１基板８１、第２基板８２および第３基板８３とを電気的に接続する部材である。

第１基板８１、第２基板８２および第３基板８３としては、各種プリント配線基板を用いることができるが、リジット部を有する基板、例えば、リジット基板、リジットフレキシブル基板等を用いるのが好ましい。
このような第１基板８１、第２基板８２および第３基板８３の一方の面（図４中上側の面）には、制御部６が分散して設置されている。
すなわち、第１基板８１には、電源回路１７と、励起光制御部６１と、アナログ回路６７とが設置されている。また、第１基板８１には、電源１６に電気的に接続された電源端子１５と、電源端子１５に電気的に接続された電源回路１７とが設置されている。
また、第２基板８２には、光出射部温度制御部６４と、セル温度制御部６２と、デジタル回路６６とが設置されている。
また、第３基板８３には、昇圧回路１４と、パッケージ温度制御部６５とが設置されている。また、第３基板８３には、昇圧回路１４が設置されている。

ここで、第１基板８１、第２基板８２および第３基板８３に設けられた各回路（各部）に流れる電流の相対的な大きさを「大」、「中」、「小」の３段階に大別すると、第１基板８１の各回路に流れる電流は、「小」、第２基板８２の各回路に流れる電流は、「中」、第３基板８３の各回路に流れる電流は、「大」である。このように、電流の大きさ（または周波数の大きさ）毎に基板を分けることにより、各回路間の相互の干渉を低減することができる。これにより、例えば、微小なＥＩＴ信号を確実に検出することができ、高精度な原子発振器１を提供することができる。

また、図４および図６に示すように、第１基板８１、第２基板８２および第３基板８３の形状は、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態は、長方形（矩形）である。
また、第１基板８１、第２基板８２および第３基板８３の寸法は、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態は、第１基板８１が最も大きく、第２基板８２と第３基板８３は、同じ大きさである。
また、第１基板８１のうち、第２基板８２および第３基板８３が位置していない部位には、開口８１１が形成されている。この開口８１１内には、第１ユニット２および第２ユニット３が配置される。

また、第１基板８１、第２基板８２および第３基板８３は、所定の間隙を隔てて、その厚さ方向に沿って並設されている。この場合、第１基板８１と、第２基板８２と、第３基板８３とは、図中下側から上側に向って、この順序で配置されており、第１基板８１と第２基板８２とは互いに離間し、第２基板８２と第３基板８３とは互いに離間している。すなわち、第１基板８１と、第２基板８２と、第３基板８３とは、その厚さ方向から見たとき、すなわち平面視で、少なくとも一部が重なっている。図示の構成では、第２基板８２は、平面視で、全体が第１基板８１に重なり、第３基板８３は、平面視で、全体が第１基板８１に重なり、第２基板８２と第３基板８３とは、平面視で、互いに全体が重なっている。これにより、原子発振器１の小型化を図ることができる。

また、第１基板８１には、第１基板８１の配線に電気的に接続されたコネクター（第１接続端子）１９１が設置され、第２基板８２には、第２基板８２の配線に電気的に接続されたコネクター（第２接続端子）１９２が設置され、第３基板８３には、第３基板８３の配線に電気的に接続されたコネクター（第３接続端子）１９３が設置されている。コネクター１９１とコネクター１９２とは、着脱自在に接続されるものであり、互いが接続された状態では、コネクター１９１とコネクター１９２とは、電気的にも接続される。同様に、コネクター１９２とコネクター１９３とは、着脱自在に接続されるものであり、互いが接続された状態では、コネクター１９２とコネクター１９３とは、電気的にも接続される。これにより、コネクター１９１とコネクター１９２とが接続され、コネクター１９２とコネクター１９３とが接続された状態では、第１基板８１と、第２基板８２と、第３基板８３とが、互いに電気的に接続される。

このようなコネクター１９１と、コネクター１９２と、コネクター１９２とは、第１基板８１、第２基板８２および第３基板８３の厚さ方向から見たとき、すなわち平面視で、重なっている。これにより、電源端子１５に供給される電流を、コネクター１９１、１９２、１９３を介し、短い配線で、電源端子１５から、第２基板８２に設けられた各部、第３基板８３に設けられた各部に供給することができる。これによって、電力の損失を低減することができる。

なお、第１基板８１と第２基板８２と第３基板８３の順序は、前記の順序に限定されず、この他、図４および図６中下側から上側に向って、第１基板８１、第３基板８３、第２基板８２の順序、第３基板８３、第１基板８１、第２基板８２の順序、第３基板８３、第２基板８２、第１基板８１の順序、第２基板８２、第１基板８１、第３基板８３の順序、第２基板８２、第３基板８３、第１基板８１の順序が挙げられる。
また、第１基板８１、第２基板８２、第３基板８３には、前記以外の電子部品が搭載されていてもよい。

以上説明したように、原子発振器１によれば、第１基板８１に設けられた各回路と、第２基板８２に設けられた各回路と、第３基板８３に設けられた各回路との間において、相互の干渉（悪影響）を低減することができる。これによって、特に、ＥＩＴ信号のＳＮ比を向上させることができ、そのＥＩＴ信号を確実に検出することができ、高精度な原子発振器１を提供することができる。
また、第１基板８１と第２基板８２と第３基板８３とは、平面視で少なくとも一部が重なっているので、原子発振器１の小型化を図ることができる。

＜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８は、本発明の第２実施形態に係る原子発振器の第２基板を説明するための模式図である。なお、以下の説明では、第２実施形態に関し、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。

図８に示すように、第２実施形態では、第２基板８２において、アナログ回路であるセル温度制御部６２および光出射部温度制御部６４のグランドラインの領域８２１と、デジタル回路６６のグランドラインの領域８２２とが分離されている。また、グランドラインの領域８２１は、第２基板８２の一端側、すなわち図８中の左側に配置され、グランドラインの領域８２２は、第２基板８２の他端側、すなわち図８中の右側に、前記グランドラインの領域８２１から離間するように配置されている。これにより、アナログ回路、すなわちセル温度制御部６２および光出射部温度制御部６４と、デジタル回路６６との相互の干渉を低減することができる。
そして、この第２実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

２．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９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システム構成概要図である。
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。

３．移動体
図１０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（本発明の量子干渉装置）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、本発明の量子干渉装置、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、本発明の量子干渉装置、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、本発明は、原子発振器（量子干渉装置）の構造は、前述した実施形態の構成に限定されない。
例えば、前述した実施形態では、光出射部と受光部との間にガスセルが配置されている構造を例に説明したが、これに限定されず、例えば、光出射部および受光部をガスセルに対して同じ側に配置し、ガスセルの光出射部および受光部とは反対側の面、または、ガスセルの光出射部および受光部とは反対側に設けられたミラーで反射した光を受光部で検出してもよい。

また、前述した実施形態では、第１基板に、電源回路と、励起光制御部と、アナログ回路６７とが設けられている構造を例に説明したが、これに限定されず、第１基板には、受光回路が設けられていればよい。
また、前述した実施形態では、第２基板に、光出射部温度制御部と、セル温度制御部と、デジタル回路とが設けられている構造を例に説明したが、これに限定されず、第２基板には、光出射部温度制御部と、セル温度制御部と、デジタル回路とのうちの少なくとも１つが設けられていればよい。
また、前述した実施形態では、第３基板に、昇圧回路と、パッケージ温度制御部とが設けられている構造を例に説明したが、これに限定されず、第３基板には、昇圧回路と、パッケージ温度制御部との少なくとも一方が設けられていればよい。また、第３基板は、省略されていてもよい。

また、前述した実施形態では、第１ユニットおよび第２ユニットが外パッケージのベースプレート上に設置されている構造を例に説明したが、これに限定されず、例えば、第１ユニットおよび第２ユニットは、第１基板上に設置されていてもよい。
また、前述した実施形態では、波長の異なる２種類の光による量子干渉効果を利用した方式の原子発振器を例に説明したが、これに限定されず、例えば、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の原子発振器であってもよい。

１‥‥原子発振器 ２‥‥第１ユニット ３‥‥第２ユニット ５‥‥外パッケージ ６‥‥制御部 ７‥‥支持板 １３‥‥水晶発振器 １４‥‥昇圧回路 １５‥‥電源端子 １６‥‥電源 １７‥‥電源回路 １８‥‥導電性ピン １９１‥‥コネクター １９２‥‥コネクター １９３‥‥コネクター ２１‥‥光出射部 ２２‥‥第１パッケージ ２３‥‥窓部 ２４‥‥ペルチェ素子 ２５‥‥温度センサー ３１‥‥ガスセル ３３‥‥ヒーター ３４‥‥温度センサー ３５‥‥コイル ３６‥‥第２パッケージ ３７‥‥窓部 ３８‥‥受光部 ４１‥‥光学部品 ４２‥‥光学部品 ４３‥‥光学部品 ４６‥‥ペルチェ素子 ４７‥‥温度センサー ５１‥‥ベースプレート ５２‥‥カバー部材 ６１‥‥励起光制御部 ６１１‥‥逓倍器 ６２‥‥セル温度制御部 ６３‥‥磁場制御部 ６４‥‥光出射部温度制御部 ６５‥‥パッケージ温度制御部 ６６‥‥デジタル回路 ６７‥‥アナログ回路 ６８‥‥受光回路 ６９‥‥掃引回路 ７１‥‥第１板状部 ７２‥‥第２板状部 ７３‥‥連結部 ７４‥‥貫通孔 ８１‥‥第１基板 ８１１‥‥開口 ８２‥‥第２基板 ８２１‥‥グランドラインの領域 ８２２‥グランドラインの領域 ８３‥‥第３基板 １００‥‥測位システム ２００‥‥ＧＰＳ衛星 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 ３１１‥‥本体部 ３１１ａ‥‥貫通孔 ３１２‥‥窓部 ３１３‥‥窓部 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 ａ‥‥軸 ＬＬ‥‥励起光 Ｓ‥‥内部空間

Claims (7)

1. 金属原子が封入されているガスセルと、
   光を前記ガスセルに向けて出射する光出射部と、
   前記ガスセルを透過した前記光を受光する受光部と、
   前記ガスセルの温度を制御するセル温度制御部と、
   前記光出射部の温度を制御する光出射部温度制御部と、
   前記受光部からの受光信号を処理する受光回路を有し、原子共鳴信号を制御するアナログ回路と、
   前記アナログ回路を制御するデジタル回路と、
   開口を有する第１基板と、
   第２基板と、を備え、
   前記第１基板に前記受光回路が設けられ、
   前記第２基板に、前記セル温度制御部、前記光出射部温度制御部および前記デジタル回路のうちの少なくとも１つが設けられ、
   前記第１基板と前記第２基板との少なくとも一部が平面視で重なっており、
   前記開口と前記第２基板とは、平面視で重なっておらず、
   前記開口内に、前記光出射部と、前記ガスセルと、前記受光部とが配置されていることを特徴とする量子干渉装置。
2. 前記ガスセルを収納する筐体と、
   前記筐体内の温度を制御する筐体温度制御部と、
   電力の供給により駆動され、前記セル温度制御部により制御され、前記ガスセルを加熱する加熱部と、
   前記加熱部に印加される電圧を昇圧する昇圧回路と、
   前記昇圧回路と前記筐体温度制御部との少なくとも一方が設けられた第３基板と、を備え、
   前記第１基板と前記第３基板との少なくとも一部が平面視で重なっている請求項１に記載の量子干渉装置。
3. 前記第１基板、前記第２基板、および前記第３基板は、平面視で少なくとも一部が重なっている請求項２に記載の量子干渉装置。
4. 前記第１基板に設けられた電源端子と、
   前記第１基板に設けられ、前記電源端子と電気的に接続された第１接続端子と、
   前記第２基板に設けられ、前記第１接続端子と電気的に接続された第２接続端子と、
   前記第３基板に設けられ、前記第１接続端子と電気的に接続された第３接続端子と、を備え、
   前記第１接続端子、前記第２接続端子、および前記第３接続端子は、平面視で少なくとも一部が重なっている請求項２または３に記載の量子干渉装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の量子干渉装置を備えることを特徴とする原子発振器。
6. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の量子干渉装置を備えることを特徴とする電子機器。
7. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の量子干渉装置を備えることを特徴とする移動体。

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