JP6416921B2 - 原子時計のための装置 - Google Patents

Description

本発明は、原子時計のための装置及びこの装置を含む原子時計に関するものである。本発明は、原子時計のための装置を製造するための方法及びこの装置を含む原子時計を製造するための方法に関するものでもある。

通信、局地化、航空宇宙、防衛、及びこれに類する用途は、高い安定性及び正確性を有する周波数標準を必要とする。原子時計は、局部発振器の出力周波数をその安定性を改善するように修正するために、例えばセシウム原子又はルビジウム原子であるアルカリ金属原子の原子遷移を利用するものであるため、最も安定し、かつ、正確な周波数標準である。

量子エレクトロニクスの理論によれば、実際には、原子の電子は、特定の不連続のエネルギー準位に対応するエネルギー状態に属する。量子エレクトロニクスの法則によれば、これらの状態のエネルギー間の差異は、特定の周波数を規定する。これら周波数は、各原子についてほぼ等しい。これは、原子が安定かつ正確な周波数標準であるためである。

アルカリ金属原子の基底状態が非常に近接しつつ離間した２つのエネルギー準位を含むため、アルカリ金属原子が用いられる。「超微細構造」と呼ばれるこの分裂間隔又は遷移間隔は、実際に安定かつ正確な周波数標準を生成する。

アルカリ金属原子は、例えばガラス又はシリコンで形成されたセル内又はパッケージ内に蒸気として含まれている。光源、例えば垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）としてのレーザ源は、セルへ向けられている。そして、光線に沿った光センサ、例えば光検出器は、原子を含むセルを通る光の透過を計測するために用いられる。セルの周りのコイルは、静的で均一な磁場（Ｃ−フィールド）をセル内に生成する。

そして、アルカリ金属原子、例えばセシウム原子は、セル内で伝播するマイクロ波ウェーブによって励起又は応答要求（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｅ）され得る。本発明の文脈においては、「マイクロ波ウェーブ」という表現は、１〜３０ＧＨｚ、好ましくは３〜１０ＧＨｚの周波数を有する波を表している。

マイクロ波ウェーブは、典型的には５ＭＨｚ又は１０ＭＨｚの周波数を生成する例えば水晶発振器である局部発振器に位相固定された周波数合成器によって生成される。

マイクロ波の周波数が、この周波数が原子の基底状態の超微細分裂の周波数に一致するように選択されれば、原子の状態の変化が生じ、この変化は、光センサによって検出されることができる。この信号は、原子との共振が維持されるように局部発振器の周波数を調和するために用いられる。

ロックイン検出を用いた共振によりエラー信号が発生することがある。そして、局部発振器は、原子の共振にロックされることができるとともに、原子時計の周波数出力を提供する。

原子時計においては、セルが約８０℃に加熱される。実際には、この温度では、液相と平衡した蒸気相原子により比較的大きな原子の密度が許容され、原子の共振の監視が可能である。

公知の原子時計では、加熱装置は、原子時計を構成する他の導電部材に加えるための補足的な導電部材である。そして、原子時計は扱いにくく、その製造が複雑であり得る。

特許文献１には、その図２において原子時計のセルの周りに巻き付けられた二本巻きらせんが記載されており、この二本巻きらせんは、セルの加熱及びその原子の応答要求のために用いられている。しかしながら、記載された原子時計は、セルを保持し、セルの周りにらせんを巻付ける必要があるため、製造するのが困難である。また、セルにおける不安定な磁場を与え得る、セルにおける長手方向の磁場の生成を回避するために、らせんは二本巻きである必要がある。さらに、二本巻きらせんによって包囲されていないセルの領域が存在するため、セルの加熱が均等でない。

特許文献１には、その図３において、セルの周りでのＬＣギャップエキサイタの使用が記載されている。このよく知られたスプリットリング共振器は、ループが誘導子でありギャップがキャパシタであるＬＣ回路としてモデル化されることが可能である。そして、ＬＣギャップエキサイタは、マイクロ波信号の振幅を増幅するための共振のＱ係数を利用するために、インダクタンス及びキャパシティがセルの共振周波数に対応する共振回路を構成するように形成及び寸法設定される。共振器の寸法があらかじめ規定される。さらに、分離された加熱装置がセルの加熱のために必要である。

米国特許第５１９２９２１号明細書（Ｗｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅ）

そして、本発明の課題は、上述の１つ又は複数の欠点を除去し、又は軽減することにある。

本発明の課題は、１つの機能（例えば加熱及び応答要求）を実行し、原子時計の製造を簡易化することが可能な原子時計のための装置を提供することにある。

本発明によれば、これら課題は、原子時計のための装置を用いて解決され、この装置は、
−隙間を含み、セルを収容するために及び該セルに少なくとも一点で直接接触するよう配置された、前記原子時計のセル内への気体の応答要求及び気体の加熱のための導電部材を含むプリント回路基板と、
−前記導電部材に接続するように配置された、熱を発生させるための熱源と、
−前記セル内の気体の原子に応答要求するためのマイクロ波信号を前記導電部材へ送信するために該導電部材に接続されるように配置されたマイクロ波伝達手段と
を含んでいる。

このような配置では、このマイクロ波信号によって生成される磁場（Ｈ−フィールド）の向きは、コイルによって生成されるＣ−フィールドと同じ方向を有している。

本発明の文脈では、「プリント回路基板」（ＰＣＢ）という表現は、電子部品が配置された非導電性基板を指している。導電性の手段、例えば導電性トラック又は導電性パッドなどがプリント回路基板上に例えばエッチングによって形成される。これら導電性の手段は、ＰＣＢ上に配置された電子部品を接続する。

好ましい一実施例では、熱源は、プリント回路基板上に配置された電子部品、例えばトランジスタ又は抵抗器である。第１のバリエーションでは、熱源がＰＣＢ上の導電トレースによって装置の導電部材に接続される。この導電部材は、導電性であり、セルを包囲するとともに、少なくとも一点でセルに直接接触し、セルを加熱する。本発明による導電部材は、加熱装置として作用する。好ましい実施例では、導電部材の厚さは２ｍｍより大きく、この場合、導電部材は、セルを効率的かつ均等に加熱するためにその質量を利用する。この場合、導電部材の厚さは、共振周波数によって規定される必要はなく、その加熱機能によって規定される。そして、本発明による装置の導電部材を用いたセルの加熱は、公知の二本巻きらせんによって生成される加熱よりも均等である。

第２のバリエーションでは、熱源は、後述のように、セルを包囲する導電トレース上に溶接されている。

他の実施例では、熱源が導電部材の外面におけるバンド及び／又はワイヤである。このバンド又はワイヤは、バンド又はワイヤにおける循環電流がセルにおいて長手方向の磁場を誘導しないように配置されている。この実施例では、熱源が導電部材上にある。

他の実施例では、熱源が導電部材上のバイファイラ（２本線）巻きを含んでおり、このバイファイラ巻きは、第１のワイヤ及び第２のワイヤを含んでいるとともに、セルにおける磁場の誘導を回避するために、同時に、第１のワイヤにおいて第１の方向に第１の電流を導き、第２のワイヤにおいて第１の方向とは反対の第２の方向に第１の電流と同じ大きさの第２の電流を導く。

１つの好ましい実施例では、例えば熱伝達トレースなどのようなプリント回路基板上の他の導電トレースに導電部材を接続するために、プリント回路基板が、導電部材の周りに配置され、導電部材に接続された部材導電トレースを含んでいる。好ましい実施例では、部材導電トレースの形状が導電部材の区域（セクション）に対応している。他の好ましい実施例では、部材導電トレースの寸法は、導電部材の区域（セクション）の寸法よりも大きい（例えば、導電部材が円形状の区域（セクション）及び５ｍｍの直径を有する中空円筒であれば、部材導電トレースは、５ｍｍより大きな直径、例えば６ｍｍの直径を有するリングである）。そして、導電部材は、プリント回路基板の部材導電トレース上に配置されている。

他の実施例では、トランジスタ、抵抗器などの電子部品は、部材導電トレース上に直接溶接されている。

１つのバリエーションでは、本発明による装置のプリント回路基板は、
−導電部材の温度を感知するための温度センサと、
−温度センサを導電部材へ接続するためのセンサ導電トレースと
を含んでいる。

好ましい一実施例では、温度センサは、ＰＣＢ上に配置され、ＰＣＢ上の導電トレースによって導電部材に接続された例えば負温度係数（ＮＴＣ）サーミスタ又は正温度係数（ＰＴＣ）サーミスタである、サーミスタとしての電子部品である。好ましい実施例では、センサ導電トレースは、部材導電トレースを介して導電部材に接続されている。

好ましい実施例では、本発明による装置の導電部材は、例えば円形状又はだ円形状の円筒である中空円筒である。他の実施例では、中空の角柱、例えば平行六面体である。

１つの実施例では、導電部材の高さは、１０ｍｍより小さく、例えば６ｍｍより小さく、例えば２ｍｍである。他の実施例では、導電部材の幅又は直径は、１０ｍｍより小さく、例えば６ｍｍより小さく、例えば２ｍｍである。

１つの実施例では、導電部材は、この導電部材の内面がセルを収容するために配置された形状を有するように配置されている。１つの実施例では、セルは、球状の形状を有している。このような場合には、導電部材の内面で規定された空間又は空洞も球状の形状を有する。

他の実施例では、ＰＣＢの区域（セクション）は、正方形（ｎ×ｎ）又は長方形（ｎ×ｍ）であり、ここで、ｎ及び／又はｍは、２〜１０ｍｍである。

本発明による装置の導電部材はＬＣギャップエキサイタではなく、すなわち共振において動作する必要がないと理解されるべきである。実際には、導電部材へ送信されるマイクロ波信号の周波数は、導電部材の共振振動数と同じである必要はなく、共振周波数は１／（ＬＣ）と定義され、ここで、Ｃは導電部材のギャップにより与えられるキャパシティであり、Ｌは導電部材のインダクタンスである。換言すれば、導電部材の形状及びサイズは、所望の共振周波数によってあらかじめ規定される必要がなく、その結果、導電部材の製造者は、導電部材の設計に対するより高い自由度を有する。

本発明による装置は、セルを加熱するだけではなく、セル内の気体の原子に応答要求するものでもある。実際には、マイクロ波伝達手段は、セル内の気体の原子に応答要求するための長手方向のマイクロ波磁場信号を導電部材へ送信するために、マイクロ波信号生成器に導電部材を接続するものである。１つの実施例では、マイクロ波伝達手段は、１つ又は複数のボンディングワイヤを含んでいる。他の実施例では、マイクロ波伝達手段は、本発明による装置のＰＣＢ上の１つ又は複数の導電トレースを含んでいる。

本発明による装置は、セル内の原子の加熱及び応答要求を行うだけではなく、容易に製造されるものである。その製造は、以下のステップを含んでいる：
−プリント回路基板上に導電部材を配置すること、
−少なくとも一点で導電部材がセルに直接接触するようセルを配置すること。

そして、セルは、例えば接着によってプリント回路基板上に固定されることができる。導電部材も、例えば接着又は軟ろう付けによってプリント回路基板上に固定されることができる。

好ましい実施例では、セルを収容する装置の導電部材の空洞に対応しているプリント回路基板の一部が孔を有する。実際、セルが一般に透明な材料、すなわち光が透過するように適合された材料で作られているため、光は、セル及びＰＣＢの孔を通って光検出器へ向けて通過できる。他の実施形態では、セルを含むための装置の導電部材の空洞に対応するプリント回路基板の一部は、孔を含んでいないとともに、透明な材料で作られている。

そして、装置の作動にとって有用な全ての要素及び電子部品は、例えばピックアンドプレイス技術によって容易にプリント回路基板上へ配置されることができる。

「ＰＣＢ上に配置」という表現は「本発明による導電部材を含むＰＣＢ表面上」という意味である必要はないと理解されるべきである。実際、知られているように、電子部品は、導電部材を含む側とは反対側の表面にも配置され得るとともに、ＰＣＢの導電性の孔（バイアス）を介して導電部材に接続されることが可能である。

このような電子部品は、プリント回路基板上に配置された、熱源として作用するトランジスタを含むことができる。プリント回路基板上の導電トレースは、トランジスタを導電部材に接続することが可能である。

このような電子部品は、プリント回路基板上に配置された、熱源として作用する抵抗器を含むことができる。プリント回路基板上の導電トレースは、同様に、抵抗器を導電部材に接続することが可能である。

このような電子部品は、プリント回路基板上に配置され、プリント回路基板の他の導電トレースによって導電部材に接続された、導電部材の温度を感知するための温度センサを含むことができる。

このような電子部品は、専用の集積回路統合加熱測定部と、プリント回路基板上に配置され、プリント回路基板の他の導電トレースによって導電部材に接続されたコントロールモジュールとを含むことができる。

本発明は、
−本発明による装置と、
−装置の導電部材内のセルと、
−セルへ光を送るための例えばＶＣＳＥＬである光源を含んだ第１のプリント回路基板と、
−セル内にＣ−フィールドを発生させるためのコイルの少なくとも一部を含む第２のプリント回路基板と、
−光源によって生成され、セルを通過する光を感知するための光センサを含む第３のプリント回路基板と、
−支持部と
を含んだ原子時計に関するものでもある。

有利には、支持部が導電性、例えば金属製であり、この支持部は、本発明による装置のＰＣＢ、第１のプリント回路基板、第２のプリント回路基板及び第３のプリント回路基板が当該支持部上で整列するように配置されている。

本発明の文脈では、「整列されている」という表現は、本発明による装置のＰＣＢ、第１のプリント回路基板、第２のプリント回路基板及び第３のプリント回路基板が直線上に配置されていることを示している。

１つの好ましい実施例では、この直線は、水平、すなわち原子時計を支持する平面に対してほぼ平行である。このような場合には、支持部は、各ＰＣＢとの電気的及び機械的な接続を形成するためにＰＣＢごとに１つ又は複数の導電ピンを含んでいる。そして、ＰＣＢは、支持部上に垂直に配置されているとともにピンによって支持部に電気的及び機械的に接続されている。２つの連続したＰＣＢの間の間隔は１〜５ｍｍである。

他の実施例では、ＰＣＢが支持部上に積層されるように、この直線は、垂直、すなわち原子時計を支持する平面に対してほぼ垂直である。

好ましい実施例では、原子時計の全てのＰＣＢは同一の形状及びサイズを有している。これらの区域（セクション）は、正方形（ｎ×ｎ）又は長方形（ｎ×ｍ）であり、ｎ及び／又はｍは２〜１０ｍｍである。

他の好ましい実施例では、原子時計は、支持部と協働し、支持部上のＰＣＢを密封して閉鎖するキャップを更に含んでいる。

１つの好ましい実施例では、支持部の区域（セクション）は長方形（ｐ×ｑ）であり、ここで、ｐは３ｃｍより小さく、ｑは２ｃｍより小さい。１つの好ましい実施例では、支持部の区域（セクション）は、２ｃｍ×１ｃｍの長方形である。

本発明による原子時計の光源も、加熱され、所定の温度に維持される必要がある。本発明の独立した態様によれば、セル内へ光を送るための例えばＶＣＳＥＬである光源を含む第１のプリント回路基板は、この第１のＰＣＢ上に配置されたトランジスタとしての導電源によって加熱され、導電トレース又はボンディングを介してレーザに接続されている。第１のＰＣＢは、レーザがその上に配置されている導電トレースを含むことが可能である。導電トレースは、レーザの区域（セクション）に対応する形状を有することができる。

本発明は、
−本発明による装置を支持部上に配置すること、
−第１のプリント回路基板を支持部上に配置すること、
−第２のプリント回路基板を支持部上に配置すること、
−第３のプリント回路基板を支持部上に配置すること
を含む原子時計の製造のための方法に関するものでもあり、装置のＰＣＢ、第１のプリント回路基板、第２のプリント回路基板及び第３のプリント回路基板は、支持部上に整列されている。

本発明は、例示によって与えられ、各図によって図示された実施例の説明を用いてより良好に理解される。

本発明による一実施例の斜視図である。 図１の装置の平面図である。 本発明による装置の他の実施例の斜視図である。 本発明による原子時計の一実施例の斜視図である。 本発明による原子時計の他の実施例の平面図である。 本発明による原子時計の他の実施例の配線概略図である。

図１には、本発明による装置１の一実施例の斜視図が示されている。この装置はプリント回路基板（ＰＣＢ）２０を含んでおり、このプリント回路基板上には、例えばＣｕ、Ａｌ、金属合金などから成る導電部材１０が配置されている。本実施例におけるこの導電部材１０は、正方形状の区域（セクション）を有する中空の平行六面体である。導電部材は隙間１１を含んでおり、この隙間は、短絡を回避するために必要である。導電部材は、セル（不図示）を含み、少なくとも一点でセルに直接接触するように配置された内部空間又は空洞１８を画成するように設定された形状を有している。好ましい実施例では、導電部材１０の全ての内面１４がセルに接触する。

図に図示された異なる要素の寸法及び／又は比率が大まかなものであり、これらはこれらの要素の実際の寸法及び／又は比率に対応する必要はないと理解される必要がある。例えば、ＰＣＢ２０の表面は、図１〜図３に図示された表面よりも小さくてもよい。好ましい一実施例では、導電部材１０の直径又は幅は、正方形状のＰＣＢ２０の側部の長さの約半分である。

有利には、導電部材１０によりセル内の気体に応答要求し、かつ、気体を加熱することが可能である。

実際には、本発明による装置は、導電部材に接続された、熱を発生させる熱源６０を含んでいる。図示の実施例では、熱源は、ＰＣＢ２０上に配置され、ＰＣＢ２０上の導電トレース６６によって給電され、導電部材１０に接続されたトランジスタ６０である。

図２に図示されているように、導電部材１０は、この例では正方形である導電部材１０の区域（セクション）に対応する区域（セクション）を有するＰＣＢの部材導電トレース３０上に配置されている。トランジスタ６０は、この部材導電トレース３０上に直接溶接されている。そして、トランジスタに給電されると、発生する熱（数ｍＷ）が部材導電トレース３０及び導電部材１０を介して導電部材１０におけるセルへ伝達される。

実際、導電部材は、導電性であり、セルを包囲し、少なくとも一点でセルに直接接触するため、この導電部材がセルを加熱する。本発明による導電部材１０は、加熱装置として作用する。

好ましい実施例では、図１において視認可能な導電部材の厚さｅは１ｍｍより大きく、このような場合、導電部材１０はその質量をセルの効率的かつ均一な加熱のために利用するものである。換言すれば、導電部材の厚さは、共振周波数によって規定される必要はなく、その加熱機能によって規定される。そして、本発明による装置の導電部材１０を用いたセルの加熱は、公知の二本巻きらせんより生じる加熱よりも均一である。

他のバリエーション（不図示）では、トランジスタ６０は、導電トレース３０上に直接溶接されておらず、専用の導電トレースを介して、導電部材１０へ、特にその導電トレース３０へ接続されている。

トランジスタ６０が給電時に熱を発生することが可能で、例えば抵抗器としてＰＣＢ上に配置される他の電子部品によって置換されることが可能であると理解されるべきである。

図１及び図２のバリエーションでは、本発明による装置のプリント回路基板２０は、
−導電部材１０の温度を感知するための温度センサ５０と、
−温度センサ５０を導電部材１０へ接続するためのセンサ導電トレース５２と
を含んでいる。

温度センサ５０は、ＰＣＢ２０上の導電トレース５６によって給電される。

１つのバリエーションでは、温度センサ５０は、熱源６０のための部材導電トレース３０上に直接溶接されることができる。

図示の実施例では、温度センサ５０は、ＰＣＢ２０上に配置された負温度係数（ＮＴＣ）サーミスタである。また、正温度係数（ＰＴＣ）サーミスタも同様に用いることが可能である。

図１及び図２におけるボンディングワイヤ１２は、セルにおける気体の原子に応答要求するためのマイクロ波信号を導電部材１０へ送るように、導電部材１０をマイクロ波源（不図示）へ接続するために配置されたマイクロ波伝達手段１２である。図示の実施例では、マイクロ波伝達手段１２はピン１０２に接続されており、このピンは、後述するように、マイクロ波源に接続されている。

導電部材１０がＬＣギャップエキサイタを必要としない、すなわち共振において動作する必要がないと理解されるべきである。実際、マイクロ波伝達手段１２を介して導電部材１０へ送られるマイクロ波信号の周波数は、導電部材１０の共振周波数と同一である必要はなく、共振周波数が１／（ＬＣ）として定義され、Ｃは導電部材のギャップによって与えられるキャパシティであり、Ｌは導電部材のインダクタンスである。換言すれば、導電部材１０の形状及びサイズは、所望の共振周波数によってあらかじめ規定される必要はなく、その結果、導電部材の製造者は、導電部材１０を設計するためにより多くの自由度を利用可能である。

図１及び図２の実施例では、導電部材１０は、その内面１４がセルを収容するために配置された形状を有するように配置されている。換言すれば、導電部材１０の内面１４によって規定された空間又は空洞１８は、セルの形状に対応している。

図３には、本発明による装置１の他の実施例の斜視図が示されている。この場合には、導電部材１０は、直径ｄの円形区域（セクション）を有する中空円筒である。さらに、この実施例では、熱源は、導電部材１０の外面１６におけるバンド又はワイヤ４０である。このバンド又はワイヤ４０は、バンド又はワイヤにおける循環電流がゼロであるセルにおける総磁場を誘導するように配置されている。

他の実施例（不図示）では、熱源が導電部材上のバイファイラ（２本線）巻きを含んでおり、このバイファイラ巻きが、セルにおける磁場の誘導を回避するように配置される。特に、バイファイラ巻きは、第１のワイヤ及び第２のワイヤを含んでいるとともに、第１のワイヤにおいて第１の方向へ第１の電流を誘導し、第２のワイヤにおいて第１の方向とは逆の第２の方向へ第１の電流と同じ大きさの第２の電流を誘導する。同じ大きさであるものの逆向きの第１及び第２の電流は、温度の関数として変動する。

他の実施例（不図示）では、バイファイラ巻きの第１又は第２のワイヤの１つが第１及び第２の電流よりも小さな値を有する第３の電流も誘導するように配置されており、この第３の電流はセルにおいてＣ−フィールドを生成するために用いられる。この第３の電流を電子的に安定させることで、温度変化によって加熱電流が変化する場合にも安定した磁場を得ることが可能である。

好ましい一実施例では、本発明による装置の導電部材が中空円筒、例えば円形状の円筒又はだ円形状の円筒である。他の実施例では、中空の角柱、例えば平行六面体である。

図３において見られる導電部材１０の高さｈは、１０ｍｍより低く、例えば６ｍｍより低く、例えば２ｍｍである。他の実施例では、導電部材１０の幅又は直径ｄは、１０ｍｍより小さく、例えば６ｍｍより小さく、例えば２ｍｍである。

他の実施例では、ＰＣＢの区域（セクション）は、正方形（ｎ×ｎ）又は長方形（ｎ×ｍ）であり、ｎ及び／又はｍは５〜１０ｍｍを含むものである。

有利には、本発明による装置１は、容易に製造される。その製造のステップは、
−プリント回路基板２０上に導電部材１０を配置すること、
−導電部材１０が少なくとも一点でセルに直接接触するようにセルを導電部材に、すなわちその空間又は空洞１８へ配置すること
を含んでいる。

プリント回路基板２０上での導電部材１０の配置は、手動で（例えば手で）又は自動で（例えばピックアンドプレイスで）行うことが可能である。

セルは、プリント回路基板２０上に固定、例えば接着されることができる。導電部材１０も、プリント回路基板２０上に固定、例えば接着されることができる。

トランジスタ又は抵抗器６０、サーミスタ５０などとしての電子部品は、例えばピックアンドプレイス技術によりプリント回路基板２０上に容易に配置されることが可能である。

好ましい実施例では、導電部材１０は、例えばピックアンドプレイスによって、他の電子部品（例えばトランジスタ６０及び／又は温度センサ５０）と共にＰＣＢ２０上に配置される。この配置の後、装置は、ＰＣＢ２０上で導電部材１０と電子部品を溶接するために加熱される。この加熱後、セル２は、導電部材１０上に配置され、そして例えば接着によって導電部材１０及び／又はＰＣＢ２０に固定される。

図４には、本発明による原子時計の実施例の斜視図が示されている。この原子時計は、
−本発明による装置（そのＰＣＢ２０によってのみ概略的に示されている）、
−セル内へ光を送る例えばＶＣＳＥＬ（垂直キャビティ面発光レーザ）である光源（不図示）を含む第１のプリント回路基板２４、
−セルにおいてＣ−フィールドを生成するためのコイル（不図示）の少なくとも一部を含む第２のプリント回路基板２２、
−光源によって生成され、セルを通過する光を検出するための光センサ（不図示）を含む第３のプリント回路基板２６、
−支持部１００
を含んでいる。

有利には、支持部１００は、導電性、例えば金属であり、当該支持部１００上でＰＣＢ２０，２２，２４，２６が整列されるように、すなわちこれらＰＣＢが一直線に配置されるように配置されている。

他の実施例では、原子時計は、支持部１００上に他のＰＣＢ（不図示）を含んでおり、このＰＣＢは、光がＰＣＢ２０のセル２へ送られる前に光源からの光を減衰するために、光源を含む第１の回路基板２４と光減衰器を含むＰＣＢ２０の間に配置されている。１つの好ましい実施例では、この光減衰器は、部分的に透明であり、すなわち、受けた光の一部のみを透過させる。

図４及び図５の実施例では、この直線は、水平、すなわち原子時計を支持する平面に対してほぼ平行であり、この場合には、支持部は、各ＰＣＢとの電気的及び機械的な接続を形成するために少なくとも２つの導電ピン１０２を含んでいる。そして、これらＰＣＢは、支持部において垂直に配置されているとともに、ピンによって電気的及び機械的に支持部に接続されている。２つの導電ピン間の間隔は、１〜５ｍｍ、好ましくは２ｍｍである。

他の実施例（不図示）では、この直線は、垂直、すなわち原子時計を支持する平面に対してほぼ垂直であり、その結果、ＰＣＢが支持部上に積層されている。

好ましい実施例では、全てのＰＣＢは同一の形状及びサイズを有している。これらの区域（セクション）は、正方形（ｎ×ｎ）又は長方形（ｎ×ｍ）であってよく、ｎ及び／又はｍは、２〜１０ｍｍである。

他の実施例では、原子時計は、支持部１００及びこの支持部１００上におけるＰＣＢ２０，２２，２４，１６を密封して閉鎖するキャップ（不図示）を更に含んでいる。

好ましい一実施例では、図５において見ることができる支持部１００の区域（セクション）は、ｐ×ｑの長方形であり、ｐは３ｃｍより小さく、ｑは２ｃｍより小さい。好ましい一実施例では、ｐが２ｃｍであり、ｑは１ｃｍである。

図５には、本発明による原子時計１０００の他の実施例の平面図が示されている。図示の実施例では、１４本のピン１０２が見えるが、もちろん他の数のピンを用いることも可能である。

ピン１０２は、以下の信号のうち少なくともいくつかを伝達することが可能である：
−レーザ駆動信号
−レーザ加熱信号
−レーザ温度信号
−レーザ温度センサ信号
−第１のＣ−フィールド信号
−第２のＣ−フィールド信号
−導電部材温度信号
−導電部材加熱信号
−導電部材温度センサ信号
−第１のフォトダイオード信号
−第２のフォトダイオード信号
−マイクロ波信号
−アース

図６には、支持部１００、光検出モジュール６００、マイクロコントローラ３００、セル温度調節モジュール４００、光源温度調節モジュール５００、ロックインモジュール６００、水晶発振器７００（例えばＶＣＴＣＸＯ（減圧制御型温度補償水晶発振器））、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）及び局部発振器（ＬＯ）を含む原子時計１０００の概略的な配線図が示されている。

図示された原子時計においては、光源（レーザ）の光は、例えばレーザ駆動モジュール８００の電流を変調することによって変調することが可能である。

支持部１００は、例えばＶＣＳＥＬである光源２４０と、温度センサ５４と、熱源６４とを含む第１のＰＣＢ２４を含んでいる。

第１のＰＣＢ２４は、レーザ駆動モジュール８００からの信号を受けるように、及びＶＣＳＥＬ温度調節モジュール５００との双方向の通信を有するように配置されている。

本発明の独立した態様によれば、レーザ２４０の熱源６４は、ＰＣＢ２４上に配置されたトランジスタ又は抵抗器であるか、又はＰＣＢ２４上における導電トレースを介して、若しくはボンディングによって接続されたレーザ２４０に接続されたトランジスタ又は抵抗器である。ＰＣＢ２４は導電トレースを含むことができ、この導電トレース上にはレーザ２４０が配置されている。導電トレースは、レーザの区域（セクション）に対応した形状を有することが可能である。

ＰＣＢ２０は、セル２を含む本発明による導電部材１０と、熱源４０，６０と、温度センサ５０とを含んでいる。概略的に図示されたコイル２２０は、セル２内にＣ−フィールドを生成するために配置されている。

ＰＣＢ２０は、ＬＯモジュール８００からの信号をマイクロ波伝達手段を介して受信するように、及びセル温度調節モジュール４００との双方向の通信を有するように配置されている。

マイクロコントローラ３００におけるコントロールインターフェース３０２は、コイル２２０にＣ−フィールド信号を送信する。

光検出器２６０は、セル２からの光を検出し、光検出モジュール６００へ信号を送信する。そして、光検出モジュール６００は、光強度信号及び変調信号をマイクロコントローラ３００へ送信する。光検出モジュール２００は、公知の方法でロックインモジュール２００へ信号も伝達する。

マイクロコントローラ３００は、公知の方法でＬＯ及び水晶発振器７００と協働する周波数ループモジュール３０４を含んでいる。

本発明は、
−本発明による装置１を支持部１００上に配置すること、
−第１のプリント回路基板２４を支持部１００上に配置すること、
−第２のプリント回路基板２２を支持部１００上に配置すること、
−第３のプリント回路基板２６を支持部１００上に配置すること
を含む原子時計の製造のための方法に関するものでもあり、装置のＰＣＢ２０、第１のプリント回路基板２４、第２のプリント回路基板２２及び第３のプリント回路基板２６は、支持部１００上に整列されている。

そして、原子時計の製造は、公知の解決手段よりもシンプルかつ迅速である。

好ましい実施例では、マイクロコントローラ３００及び／又はセル温度調節部４００及び／又は光源温度調節部５００及び／又はＦＰＧＡ及び／又はＬＯ及び／又はロックインモジュール２００及び／又は光検出モジュール６００及び／又は水晶発振器７００及び／又はレーザ駆動モジュール８００は、メインＰＣＢ（不図示）上の電子部品（集積回路）として図４に図示された支持部１００の下に配置されることができる。このような場合には、ピンをメインＰＣＢ上に溶接することが可能である。

換言すれば、この実施例では、支持部１００と、この支持部１００と協働し支持部１００上のＰＣＢ２０，２２，２４，２６を密封して閉鎖するキャップとが原子時計の物理部分を含んでおり、原子時計の電子部分はこの物理部分の下方でメインＰＣＢ上に配置されている。物理部分と電子部分の間の接合は、ピン１０２によってなされる。

キャップは、支持部１００におけるＰＣＢ２０，２２，２４，２６すなわち原子時計の物理部分をシールするように閉鎖し、その結果、内部で真空が形成され得るか、又は小さな熱伝導率を有する気体で内部を満たすことが可能である。

そして、このようなバリエーションでは、支持部１００のピン１０２が、支持部１００上で第１のプリント回路基板２４及び／又は第２のプリント回路基板２２及び／又は第３のプリント回路基板２６を接続するように配置されている。これらは、第１のプリント回路基板２４及び／又は第２のプリント回路基板２２及び／又は第３のプリント回路基板２６をメインプリント回路基板と接続するようにも配置されている。

そして、本発明による原子時計を製造するための方法は、以下のステップを更に含むことができる：
−マイクロコントローラ３００及び／又はセル温度調節部４００及び／又は光源温度調節部５００及び／又はＦＰＧＡ及び／又はＬＯ及び／又はロックインモジュール２００及び／又は光検出モジュール６００及び／又は水晶発振器７００及び／又はレーザ駆動モジュール８００をメインプリント回路基板上に配置すること、
−支持部１００の下方にメインプリント回路基板を配置すること、
−支持部１００のピン１０２を用いて第１のプリント回路基板２４及び／又は第２のプリント回路基板２２及び／又は第３のプリント回路基板２６をメインプリント回路基板に接続すること。

１ 装置
２ セル
１０ 導電部材
１２ マイクロ波伝達手段
１４ 導電部材の内面
１６ 導電部材の外面
１８ 空間
２０ 装置のＰＣＢ
２２ 第２のＰＣＢ
２４ 第１のＰＣＢ
２６ 第３のＰＣＢ
３０ 部材導電トレース
４０ 熱源（ワイヤ／バンド）（導電部材）
５０ 温度センサ（部材）
５２ センサ導電トレース
５４ 温度センサ（レーザ）
６０ 熱源（トランジスタ／抵抗器）（導電部材）
６２ 熱伝達トレース／溶接部
６４ 熱源（レーザ）
５６，６６ 導電トレース
１００ 支持部
１０２ ピン
２００ ロックインモジュール
２２０ コイル
２４０ 光源（ＶＣＳＥＬ）
２６０ 光センサ
３００ マイクロコントローラ
３０２ コントロールインターフェースモジュール
３０４ 周波数ロックループモジュール
４００ セル温度調節部
５００ 光源温度調節部
６００ 光検出モジュール
７００ 水晶発振器（ＶＣＴＣＸＯ）
８００ レーザ駆動モジュール
１０００ 原子時計
ｅ 導電部材の厚さ
ｈ 導電部材の高さ
ｄ 導電部材の直径
ＬＯ 局部発振器
ＦＰＧＡ フィールドプログラマブルゲートアレイ
ＤＡＣ Ｄ−Ａコンバータ
ＡＤＣ Ａ−Ｄコンバータ

Claims (9)

1. 原子時計のための装置（１）であって、該装置が、
   −セル（２）を収容するために及び該セル（２）に少なくとも一点で直接接触するよう配置された、前記原子時計のセル内の気体への応答要求及び気体の加熱のための導電部材（１０）を含むプリント回路基板（２０）と、
   −前記導電部材（１０）に接続するように配置された、熱を発生させるための熱源（４０，６０）と、
   −前記セル（２）内の気体の原子に応答要求するためのマイクロ波信号を前記導電部材（１０）へ送信するために該導電部材（１０）に接続されるように配置されたマイクロ波伝達手段（１２）と
   を含み、
   前記導電部材（１０）が前記導電部材（１０）にキャパシタを与え、かつ、短絡を回避するように構成された隙間（１１）を含み、前記導電部材（１０）が前記プリント回路基板（２０）上に配置されており、
   前記プリント回路基板（２０）が、
   −該プリント回路基板（２０）の少なくとも１つの他の導電トレース（５２）に前記導電部材（１０）を接続するために前記導電部材（１０）の周りに配置された部材導電トレース（３０）
   を含んでいることを特徴とする装置。
2. 前記プリント回路基板（２０）が、
   −前記熱源（６０）と、
   −前記熱源を前記導電部材（１０）に接続するための熱伝達手段と
   を含んでいることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記熱源（６０）がトランジスタ及び／又は抵抗器であり、前記熱伝達手段が少なくとも１つの熱伝達トレースを含んでいることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 前記熱源が前記導電部材（１０）のバンド及び／又はワイヤ（４０）であることを特徴とする請求項１記載の装置。
5. 前記プリント回路基板（２０）が、
   −前記導電部材（１０）の温度を感知するための温度センサ（５０）と、
   −該温度センサ（５０）を前記導電部材（１０）に接続するための少なくとも１つのセンサ導電トレース（５２）と
   を含んでいることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記導電部材（１０）が、中空円筒、例えば円形状若しくはだ円形状の円筒、又は中空の角柱、例えば平行六面体を規定するように配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置（１）を製造するための方法であって、
   −プリント回路基板（２０）上に前記導電部材（１０）を配置すること、
   −前記導電部材（１０）が少なくとも一点でセル（２）に直接接触するようにセルを前記導電部材中に配置すること、
   −熱源（４０，６０）を前記導電部材（１０）に接続すること、
   −マイクロ波伝達手段（１２）を前記導電部材（１０）に接続すること
   を含んでいることを特徴とする方法。
8. −請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置（１）と、
   −該装置（１）の前記導電部材（１０）におけるセル（２）と、
   −該セル（２）内へ光を送る光源（２４０）を含む第１のプリント回路基板（２４）と、−前記セル（２）においてＣ−フィールドを生成するためのコイル（２２０）の少なくとも一部を含む第２のプリント回路基板（２２）と、
   −光センサ（１８０）を含む第３のプリント回路基板（２６）と、
   −支持部（１００）と
   を含み、
   前記装置（１）のプリント回路基板（２０）、前記第１のプリント回路基板（２４）、前記第２のプリント回路基板（２２）及び前記第３のプリント回路基板（２６）が前記支持部（１００）上で整列されていることを特徴とする原子時計。
9. 請求項８に記載の原子時計を製造するための方法であって、
   −請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置（１）を前記支持部（１００）上に配置すること、
   −前記第１のプリント回路基板（２４）を前記支持部（１００）上に配置すること、
   −前記第２のプリント回路基板（２２）を前記支持部（１００）上に配置すること、
   −前記第３のプリント回路基板（２６）を前記支持部（１００）上に配置すること
   を含んでおり、前記装置（１）の前記プリント回路基板（２０）、前記第１のプリント回路基板（２４）、前記第２のプリント回路基板（２２）及び前記第３のプリント回路基板（２６）が、前記支持部（１００）上に整列されることを特徴とする方法。

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