JP2019161569A - 原子発振器、信号生成システムおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】個体差を低減す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号生成システムおよび電子機器を提供すること。【解決手段】アルカリ金属原子が収容された原子セルと、前記アルカリ金属原子に照射される光を出射する発光素子と、前記原子セルを収容する第１容器と、前記第１容器の外面に配置されたペルチェ素子と、開口を有する第１部材と、前記ペルチェ素子に接続された状態で前記開口を塞ぐ第２部材と、を含み、前記発光素子、前記第１容器および前記ペルチェ素子を収容する第２容器と、を含む、原子発振器。【選択図】図２

Description

本発明は、原子発振器、信号生成システムおよび電子機器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に記載の原子発振器は、ガスセルと、ガスセルを収容するセル側遮蔽体と、光源と、セル側遮蔽体および光源を収容する外殻遮蔽体と、を備える。ここで、外殻遮蔽体は、底部と、外殻蓋体とを備え、外殻蓋体の開口が基板により封鎖されている。また、セル側遮蔽体と、外殻遮蔽体の外殻蓋体との間には、ガスセルを冷却するペルチェ素子が配置されている。

特開２０１７−５９８６５号公報

しかし、特許文献１に記載の原子発振器では、ペルチェ素子が箱状の外殻蓋体の内上面に接続されるため、ペルチェ素子と外殻蓋体とを接続する際、ペルチェ素子と外殻蓋体との接続部が外殻蓋体内に隠れてしまう。そのため、特許文献１に記載の原子発振器では、当該接続部の接続状態を視認することができず、接続状態に原子発振器ごとの個体差が生じる可能性があるという課題がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。

本発明の適用例に係る原子発振器は、アルカリ金属原子が収容された原子セルと、前記アルカリ金属原子に照射される光を出射する発光素子と、前記原子セルを収容する第１容器と、前記第１容器の外面に配置されたペルチェ素子と、開口を有する第１部材と、前記ペルチェ素子に接続された状態で前記開口を塞ぐ第２部材と、を含み、前記発光素子、前記第１容器および前記ペルチェ素子を収容する第２容器と、を含む。

本適用例に係る原子発振器では、前記第１容器は、磁気シールド性を有することが好ましい。

本適用例に係る原子発振器では、前記ペルチェ素子と前記第２部材とを接着する接着剤を含むことが好ましい。

本適用例に係る原子発振器では、前記第２容器は、前記発光素子および前記第１容器が配置される第３部材をさらに含み、前記第１部材は、前記開口を有する第１面と、前記第１面に交差し、かつ、前記第３部材を囲む第２面と、を含むことが好ましい。

本適用例に係る原子発振器では、前記第２部材の厚さ方向から見たとき、前記第２部材は、前記開口よりも外側に位置する部分を有することが好ましい。

本適用例に係る原子発振器では、前記ペルチェ素子および前記第１部材は、前記第２部材の同一面に接続されていることが好ましい。

本適用例に係る原子発振器では、前記ペルチェ素子は、前記第２部材の一方の面に接続され、
前記第１部材は、前記第２部材の他方の面に接続されていることが好ましい。

本発明の適用例に係る信号生成システムは、本適用例の原子発振器と、前記原子発振器からの信号を処理する処理部と、を含む。
本発明の適用例に係る電子機器は、本適用例の原子発振器を含む。

実施形態に係る原子発振器を示す概略図である。 第１実施形態に係る原子発振器の断面側面図（ＸＺ平面に沿った断面図）である。 第１実施形態に係る原子発振器の平面図（ＸＺ平面に沿った断面図）である。 第１実施形態に係る原子発振器が備える原子セルユニットのＸＺ平面に沿った断面図である。 第１実施形態におけるペルチェ素子と第２容器との接続状態を示す図である。 第１実施形態に第２容器の組み立て（第１工程）を説明するための図である。 第１実施形態に第２容器の組み立て（第２工程）を説明するための図である。 第１実施形態に第２容器の組み立て（第３工程）を説明するための図である。 第１実施形態に第２容器の組み立てに用いる冶具を示す斜視図である。 図９に示す冶具に第２部材を載置した状態を示す斜視図である。 図１０に示す状態の冶具にさらに第１部材を載置した状態を示す斜視図である。 図１１に示す状態の冶具に載置された第１部材に第３部材を組み込んだ状態を示す斜視図である。 図１２に示す状態の冶具に錘用の位置決め板を取り付けた状態を示す斜視図である。 図１３に示す状態の冶具に取り付けられた位置決め板に錘を載置した状態を示す斜視図である。 図１４に示す状態の冶具からプランジャー部材を取り外した状態を示す斜視図である。 第２実施形態に係る原子発振器の断面側面図（ＸＺ平面に沿った断面図）である。 第２実施形態に第２容器の組み立て（第１工程）を説明するための図である。 第２実施形態に第２容器の組み立て（第２工程）を説明するための図である。 ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星を利用した測位システム（信号生成システムの一例）の概略構成を示す図である。

以下、本発明の原子発振器、信号生成システムおよび電子機器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
図１は、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１は、アルカリ金属原子に対して特定の異なる波長の２つの共鳴光を同時に照射したときに当該２つの共鳴光がアルカリ金属原子に吸収されずに透過する現象が生じる量子干渉効果を利用した原子発振器である。なお、この量子干渉効果による現象は、ＣＰＴ（Coherent Population Trapping）現象または電磁誘起透明化（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）現象と言う。

この原子発振器１は、図１に示すように、発光素子モジュール１０と、原子セルユニット２０と、発光素子モジュール１０と原子セルユニット２０との間に設けられている光学系ユニット３０と、発光素子モジュール１０および原子セルユニット２０の作動を制御する制御ユニット５０と、原子セルユニット２０を温度調節するペルチェ素子モジュール７０と、を備える。以下、まず、図１を参照しつつ、原子発振器１の概略について説明する。

発光素子モジュール１０は、発光素子１０２（光源部）と、発光素子１０２を温度調節するペルチェ素子１０１と、温度センサー１０３と、を備える。発光素子１０２は、周波数の異なる２種の光を含んでいる直線偏光の光ＬＬを出射する。また、温度センサー１０３は、発光素子１０２の温度を検出する。また、ペルチェ素子１０１は、発光素子１０２の温度を調節する。具体的には、ペルチェ素子１０１は、発光素子１０２を加温または冷却する。

光学系ユニット３０は、減光フィルター３０１と、集光レンズ３０２（レンズ）と、１／４波長板３０３と、を備え、これらが光ＬＬの光軸ａに沿って並んでいる。減光フィルター３０１は、前述した発光素子１０２からの光ＬＬの強度を減少させる。また、集光レンズ３０２は、光ＬＬの放射角度を調整する。例えば、集光レンズ３０２は、光ＬＬを平行光に近づける。また、１／４波長板３０３は、光ＬＬに含まれる周波数の異なる２種の光を直線偏光から円偏光、つまり右円偏光および左円偏光のいずれか、に変換する。

原子セルユニット２０は、原子セル２０１と、受光素子２０２（受光部）と、ヒーター２０３と、温度センサー２０４と、コイル２０５と、を備える。

原子セル２０１は、光ＬＬに対する透過性を有し、原子セル２０１内には、アルカリ金属原子が収容されている。アルカリ金属原子は、互いに異なる２つの基底準位と励起準位とからなる３準位系のエネルギー準位を有する。原子セル２０１には、発光素子１０２からの光ＬＬが減光フィルター３０１、集光レンズ３０２および１／４波長板３０３を介して入射し、アルカリ金属原子に照射される。そして、受光素子２０２は、原子セル２０１を通過した光ＬＬを受光し、その受光強度に応じた信号を出力する。

ヒーター２０３は、原子セル２０１内のアルカリ金属を加熱し、そのアルカリ金属の少なくとも一部を所望濃度のガス状態とする。また、温度センサー２０４は、原子セル２０１の温度を検出する。コイル２０５は、原子セル２０１内のアルカリ金属に所定方向の磁場を印加し、そのアルカリ金属原子のエネルギー準位をゼーマン***させる。このようにアルカリ金属原子がゼーマン***した状態において、前述したような円偏光の共鳴光対がアルカリ金属原子に照射されると、アルカリ金属原子がゼーマン***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、すなわちＥＩＴ現象に伴って受光素子２０２の出力信号に現れる信号、が大きくなり、その結果、原子発振器１の発振特性、特に短期周波数安定度、を向上させることができる。

ペルチェ素子モジュール７０は、ペルチェ素子７０１と、温度センサー７０２と、を有する。ペルチェ素子７０１は、原子セルユニット２０、より具体的には、後述する容器２０８、を加熱または冷却する。温度センサー７０２は、原子セルユニット２０の周囲の温度を検出する。より具体的には、温度センサー７０２は、後述する容器６０または６０Ａの内部または外部の温度を検出する。

制御ユニット５０は、温度制御部５０１と、光源制御部５０２と、磁場制御部５０３と、温度制御部５０４と、温度制御部５１０と、を備える。温度制御部５０１は、温度センサー２０４の検出結果に基づいて、原子セル２０１内が所望の温度となるように、ヒーター２０３への通電を制御する。また、磁場制御部５０３は、コイル２０５が発生する磁場が一定となるように、コイル２０５への通電を制御する。また、温度制御部５０４は、温度センサー１０３の検出結果に基づいて、発光素子１０２の温度が所望の温度領域内となるように、ペルチェ素子１０１への通電を制御する。また、温度制御部５１０は、温度センサー７０２の検出結果に基づいて、原子セルユニット２０の容器２０８の温度が所望の温度領域内となるように、ペルチェ素子７０１への通電を制御する。

光源制御部５０２は、受光素子２０２の検出結果に基づいて、ＥＩＴ現象が生じるように、発光素子１０２からの光ＬＬに含まれる２種の光の周波数を制御する。ここで、これら２種の光が原子セル２０１内のアルカリ金属原子の２つの基底準位間のエネルギー差に相当する周波数差の共鳴光対となったとき、ＥＩＴ現象が生じる。また、光源制御部５０２は、前述した２種の光の周波数の制御に同期して安定化するように発振周波数が制御される電圧制御型水晶発振器（図示せず）を備えており、この電圧制御型発振器（ＶＣＯ：Voltage controlled Oscillator）の出力信号を原子発振器１の出力信号（クロック信号）として出力する。

以上、原子発振器１の概略について説明した。以下、図２ないし図５に基づいて、原子発振器１のより具体的な構成について説明する。

１ａ．第１実施形態
図２は、第１実施形態に係る原子発振器の断面側面図（ＸＺ平面に沿った断面図）である。図３は、第１実施形態に係る原子発振器の平面図（ＸＺ平面に沿った断面図）である。図４は、第１実施形態に係る原子発振器が備える原子セルユニットのＸＺ平面に沿った断面図である。図５は、第１実施形態におけるペルチェ素子と第２容器との接続状態を示す図である。

以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を用いて説明を行う。なお、本明細書において、Ｚ軸は、後述する支持部材４０の設置面４２に垂直な軸である。Ｘ軸は、発光素子モジュール１０から出射された光ＬＬに沿う軸である。言い換えると、Ｘ軸は、発光素子モジュール１０と原子セルユニット２０との配列方向に沿う軸である。Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸に垂直な軸である。また、支持部材４０の設置面４２から後述する第２部材６０２に向かう方向をＺ軸のプラス方向とし、その逆の方向をＺ軸のマイナス方向とする。また、説明の便宜上、図２中、Ｚ軸のプラス方向側を「上」、Ｚ軸のマイナス方向側を「下」と言う。

図２に示すように、原子発振器１は、発光素子モジュール１０と、原子セルユニット２０と、発光素子モジュール１０を保持している光学系ユニット３０と、原子セルユニット２０および光学系ユニット３０を一括して支持している支持部材４０と、発光素子モジュール１０および原子セルユニット２０に電気的に接続されている制御ユニット５０と、原子セルユニット２０に接続されたペルチェ素子モジュール７０と、これらを収容している容器６０（第２容器）と、導熱板８０と、を備えている。ここで、後に詳述するが、原子セルユニット２０は、原子セル２０１を収容している容器２０８（第１容器）を有しており、容器２０８と容器６０とは、ペルチェ素子モジュール７０のペルチェ素子７０１および導熱板８０を介して接続されている。以下、原子発振器１の各部を順次説明する。

（発光素子モジュール１０）
発光素子モジュール１０は、ペルチェ素子１０１と、発光素子１０２と、温度センサー１０３と、これらを収容しているパッケージ１０４と、を有している。

パッケージ１０４は、図示しないが、互いに接合されているベースおよびリッドを有し、これらの間に、ペルチェ素子１０１、発光素子１０２および温度センサー１０３を収容している気密空間が形成されている。このようなパッケージ１０４内は、減圧（真空）状態であることが好ましい。これにより、パッケージ１０４の外部の温度変化がパッケージ１０４内の発光素子１０２や温度センサー１０３等に与える影響を低減し、パッケージ１０４内の発光素子１０２や温度センサー１０３等の温度変動を低減することができる。なお、パッケージ１０４内は、減圧状態でなくともよく、また、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されていてもよい。

ここで、ベースは、例えば、絶縁性のセラミックス材料で構成されている。また、ベースの内面には、ペルチェ素子１０１、発光素子１０２および温度センサー１０３に電気的に接続される複数の接続電極が設けられており、これらの接続電極は、それぞれ、ベースを貫通する貫通電極を介して、ベースの外面に設けられた外部実装電極に電気的に接続されている。一方、リッドは、例えば、セラミックスと線膨張係数の近いコバールのような金属材料で構成されている。そして、リッドは、ベースに対して、例えば、シーム溶接等により接合されている。また、リッドには、発光素子１０２からの光ＬＬを透過する孔が設けられており、この孔は、ガラス材料等の光透過性の板状の部材により気密的に塞がれている。このようなパッケージ１０４のベースの内面には、ペルチェ素子１０１が図示しない接着剤により固定されている。

ペルチェ素子１０１は、供給される電流の向きにより、発光素子１０２側が発熱側となる状態と、発光素子１０２側が吸熱側となる状態と、を切り換えることができる。そのため、環境温度の範囲が広くても、発光素子１０２等を所望の目標温度に温度調節することができる。これにより、温度変化による悪影響、例えば光ＬＬの波長変動をより低減することができる。ここで、発光素子１０２の目標温度は、発光素子１０２の特性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、３０℃以上４０℃以下程度である。このようなペルチェ素子１０１上には、発光素子１０２および温度センサー１０３が設置されている。

発光素子１０２は、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である。半導体レーザーは、直流バイアス電流に高周波信号を重畳して、すなわち変調を掛けて用いることにより、波長の異なる２種の光を出射させることができる。本実施形態では、発光素子１０２から出射する光は、直線偏光している。また、温度センサー１０３は、例えば、サーミスタ、熱電対等の温度検出素子である。

（光学系ユニット３０）
図２に示すように、光学系ユニット３０は、減光フィルター３０１と、集光レンズ３０２と、１／４波長板３０３と、これらを保持しているホルダー３０４と、を有している。ここで、ホルダー３０４は、両端が開口した貫通孔３０５を有する。この貫通孔３０５は、光ＬＬの通過領域であり、貫通孔３０５内には、減光フィルター３０１、集光レンズ３０２および１／４波長板３０３がこの順で光ＬＬの光軸ａに沿って並んで配置されている。図３に示すように、減光フィルター３０１、集光レンズ３０２および１／４波長板３０３は、それぞれ、図示しない接着剤等によりホルダー３０４に対して固定されている。このようなホルダー３０４は、例えば、アルミニウム等の金属材料で構成されており、放熱性を有する。

前述したように、減光フィルター３０１は、前述した発光素子１０２からの光ＬＬの強度を減少させる機能を有する。減光フィルター３０１としては、特に限定されず、吸収型または反射型のいずれであってもよい。また、集光レンズ３０２は、光ＬＬの放射角度を調整する機能、例えば光ＬＬを平行光に近づける機能を有する。これにより、原子セル２０１内において光ＬＬのパワー密度が進行方向で変化するのを低減し、ＥＩＴ信号の線幅の拡がりを抑制することができる。その結果、原子発振器１の発振特性、特に短期周波数安定度を向上させることができる。また、１／４波長板３０３は、光ＬＬに含まれる周波数の異なる２種の光を直線偏光から円偏光、つまり右円偏光または左円偏光のいずれか、に変換する機能を有する。これにより、コイル２０５からの磁界との相互作用により、ＥＩＴ信号の強度を大きくすることができる。

なお、光学系ユニット３０は、発光素子１０２からの光ＬＬの強度等によっては、減光フィルター３０１を省略することができる。また、光学系ユニット３０は、減光フィルター３０１、集光レンズ３０２および１／４波長板３０３以外の光学素子を有していてもよい。また、減光フィルター３０１、集光レンズ３０２および１／４波長板３０３の配置順は、図示の順に限定されず、任意である。また、減光フィルター３０１、集光レンズ３０２および１／４波長板３０３のそれぞれの姿勢は、任意である。

（原子セルユニット２０）
原子セルユニット２０は、前述したように、原子セル２０１と、受光素子２０２と、ヒーター２０３と、温度センサー２０４と、コイル２０５と、を備える。また、これらの他に、原子セルユニット２０は、図４に示すように、原子セル２０１を保持している保持部材２０６と、保持部材２０６に固定されている伝熱部材２１０と、原子セル２０１、受光素子２０２、温度センサー２０４、コイル２０５、保持部材２０６および伝熱部材２１０を収容している容器２０７と、容器２０７を収容している容器２０８（第１容器）と、容器２０７と容器２０８との間に配置されている複数のスペーサー２０９と、を備える。

原子セル２０１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、原子セル２０１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。

原子セル２０１は、２つの柱状の貫通孔を有する胴体部２０１ａと、その胴体部２０１ａに接合されている１対の窓部２０１ｂ、２０１ｃと、を有し、これらにより気密封止された内部空間Ｓを形成している。

本実施形態では、内部空間Ｓは、光ＬＬが通過する空間Ｓ１と、空間Ｓ１に連通し、固体または液体のアルカリ金属を収容している空間（図示せず）と、を有する。ここで、一方の窓部２０１ｂには、空間Ｓ１へ入射する光ＬＬが透過し、他方の窓部２０１ｃには、空間Ｓ１から出射した光ＬＬが透過する。なお、内部空間Ｓは、前述したような２つの空間を有する形態に限定されず、例えば、空間Ｓ１のみで構成されていてもよい。

各窓部２０１ｂ、２０１ｃの構成材料としては、光ＬＬに対する透過性を有していればよく、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。一方、胴体部２０１ａの構成材料としては、特に限定されず、金属材料、ガラス材料、シリコン材料、水晶等が挙げられるが、加工性や各窓部２０１ｂ、２０１ｃ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。また、胴体部２０１ａと各窓部２０１ｂ、２０１ｃ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、直接接合法、陽極接合法、溶融接合法、オプティカル接合法等を用いることができる。

図４に示すように、保持部材２０６は、光ＬＬの通過領域を避けつつ原子セル２０１の外面を覆う形状をなしている。ここで、保持部材２０６は、それぞれ、熱伝導率が１０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上であり、かつ、コイル２０５から原子セル２０１への磁界を阻害しない材料、例えば、アルミニウム等の非磁性の金属材料で構成されている。また、保持部材２０６には、原子セル２０１に入射する光ＬＬが通過する開口部２０６ｃと、原子セル２０１から出射した光ＬＬが通過する開口部２０６ｄと、が設けられている。なお、以下では、１０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上であることを、「熱伝導性に優れた」「熱伝導性が良い」等と表現する場合がある。

なお、保持部材２０６の形状は、空間Ｓ１への光ＬＬの通過を許容しつつヒーター２０３からの熱を空間Ｓ１に伝達することができればよく、図示の形状に限定されない。また、保持部材２０６は、複数の部材で構成されていてもよい。

このような保持部材２０６の外周には、中心軸が光ＬＬの光軸ａに沿うように巻回されたコイル２０５が配置されている。コイル２０５は、ソレノイド型のコイル、または、ヘルムホルツ型の１対のコイルである。このコイル２０５は、原子セル２０１内に光ＬＬの光軸ａに沿った方向の磁場を発生させる。これにより、原子セル２０１内のアルカリ金属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ゼーマン***により拡げて、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。なお、コイル２０５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、保持部材２０６の開口部２０６ｄ内には、受光素子２０２および温度センサー２０４が配置されている。受光素子２０２としては、原子セル２０１内を透過した光ＬＬ、すなわち前述した共鳴光対、の強度を検出し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、フォトダイオード等の光検出器（受光素子）が挙げられる。温度センサー２０４としては、原子セル２０１またはヒーター２０３の温度を検出することができれば、特に限定されないが、例えば、サーミスタ、熱電対等の公知の各種温度センサーが挙げられる。

ここで、受光素子２０２および温度センサー２０４は、後述するフレキシブル配線基板５０８ｂ上に配置されている。このフレキシブル配線基板５０８ｂは、受光素子２０２および温度センサー２０４に電気的に接続されている配線を有しており、保持部材２０６と伝熱部材２１０との間に挟まれることで、保持部材２０６に対して固定されている。これにより、受光素子２０２および温度センサー２０４を原子セル２０１に対して位置決めすることができる。

伝熱部材２１０は、熱伝導性を有し、保持部材２０６およびフレキシブル配線基板５０８ｂに対して熱的に接続されている。そして、伝熱部材２１０は、保持部材２０６を介してヒーター２０３とも熱的に接続されている。これにより、伝熱部材２１０が保持部材２０６からの熱をフレキシブル配線基板５０８ｂおよび受光素子２０２に伝導することができる。本実施形態では、図４に示すように、伝熱部材２１０は、板状をなし、ＹＺ平面に沿って配置され、保持部材２０６に対して、ネジ２１１を用いたネジ止めにより固定されている。これにより、接着剤のみで伝熱部材２１０を保持部材２０６に対して固定する場合のような経年劣化の問題がなく、伝熱部材２１０を保持部材２０６に対して長期にわたって安定的に固定することができる。また、伝熱部材２１０の厚さは、特に限定されないが、０．３ｍｍ以上であることが好ましい。

なお、伝熱部材２１０の形状は、図示の形状に限定されず、例えば、ブロック状をなしていてもよい。また、保持部材２０６に対する伝熱部材２１０の固定方法は、前述したネジ２１１を用いた固定方法に限定されず、例えば、接着剤による固定方法を用いてもよい。

このような伝熱部材２１０の構成材料としては、熱伝導性に優れ、かつ、コイル２０５から原子セル２０１への磁界を阻害しない材料、例えば、銅、アルミニウム等の非磁性の金属材料、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：carbon fiber reinforced plastic）、シリカ等の熱伝導性のフィラーを添加した樹脂材料等が挙げられる。

前述したような原子セル２０１、受光素子２０２、温度センサー２０４、コイル２０５、保持部材２０６および伝熱部材２１０は、図４に示すように、容器２０７に収容されている。容器２０７は、保持部材２０６を介して原子セル２０１を支持しており、これにより、保持部材２０６を介して原子セル２０１に熱的に接続されている。また、容器２０７には、原子セル２０１（空間Ｓ１）に入射する光ＬＬの通過を許容する開口部２０７ａが設けられている。また、容器２０７は、前述した伝熱部材２１０に対して離間した状態で対向している部分２０７ｂを有する。なお、容器２０７は、伝熱部材２１０に対して接触していてもよい。

ここで、容器２０７の構成材料としては、熱伝導性に優れ、かつ、磁気シールド性を有する材料を用いることが好ましく、具体的には、鉄（Ｆｅ）、コバール、パーマロイ（Ｎｉ合金）、ステンレス鋼等の鉄系合金等を用いることが好ましい。容器２０７が優れた熱伝導性を有することで、ヒーター２０３からの熱を効率的に保持部材２０６に伝導することができる。また、容器２０７の温度分布の均一化を図ることができ、原子セル２０１周辺の温度勾配を低減することもできる。さらに、容器２０７が磁気シールド性を有することで、外部磁場により容器２０７内、特に原子セル２０１内、の磁場が変動するのを低減することができる。

このような容器２０７は、図４に示すように、容器２０８に収容されている。容器２０８は、複数のスペーサー２０９を介して容器２０７を支持しており、これにより、容器２０７に対して離間している。これにより、容器２０７と容器２０８との間に隙間が形成され、当該隙間が断熱層として機能するため、容器２０７と容器２０８との間の熱の移動を低減することができる。ここで、各スペーサー２０９は、断熱性を有する材料、例えば、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂等の樹脂材料で構成されていることが好ましい。これにより、スペーサー２０９を介した容器２０７と容器２０８との間の熱の移動を低減することができる。また、容器２０８は、容器２０７に収容されている原子セル２０１、受光素子２０２、温度センサー２０４、コイル２０５、保持部材２０６および伝熱部材２１０を容器２０７ごと収容しており、容器２０８には、原子セル２０１（空間Ｓ１）に入射する光ＬＬの通過を許容する開口部２０８ａが設けられている。

ここで、容器２０８の構成材料としては、前述した容器２０７と同様、熱伝導性に優れ、かつ、磁気シールド性を有する材料を用いることが好ましく、具体的には、鉄（Ｆｅ）、コバール、パーマロイ（Ｎｉ合金）、ステンレス鋼等の鉄系合金等を用いることが好ましい。これにより、外部磁場により容器２０８内、特に原子セル２０１内、の磁場が変動するのを低減することができる。

また、容器２０８には、ヒーター２０３が設置されており、このヒーター２０３は、容器２０７の外面に熱的に接続している。このヒーター２０３としては、原子セル２０１、より具体的には原子セル２０１内のアルカリ金属、を加熱することができれば、特に限定されないが、例えば、発熱抵抗体を有する各種ヒーター等が挙げられる。

（支持部材４０）
ここで、図２に戻り、支持部材４０は、板状をなし、その一方の面上には、前述した原子セルユニット２０および光学系ユニット３０が載置されている。この支持部材４０は、光学系ユニット３０のホルダー３０４の下面の形状に沿った設置面４０１を有する。この設置面４０１には、段差部４０２が形成されている。この段差部４０２は、ホルダー３０４の下面の段差部と係合、例えば当接して、ホルダー３０４が原子セルユニット２０側すなわち図２中右側へ移動するのを規制する。同様に、支持部材４０は、原子セルユニット２０の容器２０８の下面の形状に沿った設置面４０３を有する。この設置面４０３には、段差部４０４が形成されている。この段差部４０４は、容器２０８の図２中左側の端面と係合、例えば当接して、容器２０８が光学系ユニット３０側すなわち図２中左側へ移動するのを規制する。

このように、支持部材４０により原子セルユニット２０および光学系ユニット３０の相対的な位置関係を規定することができる。そして、発光素子モジュール１０がホルダー３０４に対して固定されているため、原子セルユニット２０および光学系ユニット３０に対する発光素子モジュール１０の相対的な位置関係も規定されることとなる。ここで、容器２０８およびホルダー３０４は、それぞれ、図示しないネジ等の固定部材により、支持部材４０に対して固定されている。また、支持部材４０は、図示しないネジ等の固定部材により、容器６０に対して固定されている。また、支持部材４０は、例えば、アルミニウム等の金属材料で構成されており、放熱性を有する。これにより、発光素子モジュール１０の放熱を効率的に行うことができる。

（ペルチェ素子モジュール７０）
前述したように、ペルチェ素子モジュール７０は、ペルチェ素子７０１と、温度センサー７０２と、を有する（図１および図２参照）。

ペルチェ素子７０１は、図２に示すように、図２中下側の一方の面が前述した原子セルユニット２０の容器２０８の図２中上側の外面に接続され、他方の面が容器６０の内面に接続されている。なお、本明細書において、「容器の内面」という場合は、容器の内部空間を規定する面、すなわち、容器に収容された部材等に対向する面である。また、「容器の外面」という場合は、容器の内面とは反対側の面、すなわち、容器に収容された部材と対向する面とは反対側の面である。ここで、ペルチェ素子７０１と容器２０８との間には、図示しないが、接着剤が介在しており、この接着剤によりペルチェ素子７０１と容器２０８とが接合されている。この接着剤は、後述する接着剤９０１、９０２と同様、熱伝導性に優れた接着剤であることが好ましい。これにより、ペルチェ素子７０１と容器２０８との間の効率的な熱伝導を可能としつつ、ペルチェ素子７０１を容器２０８に対して固定することができる。なお、ペルチェ素子７０１と容器６０との接続状態については、容器６０の説明とともに後に詳述する。

ペルチェ素子７０１は、通電によりペルチェ効果を生じ、一方の面が発熱する発熱面、他方の面が吸熱する吸熱面となる。なお、ペルチェ素子７０１は、供給される電流の向きに応じて、発熱面と吸熱面とを切り換えることができる。

温度センサー７０２は、原子セルユニット２０の周囲の温度、より具体的には、後述する容器６０または６０Ａの内部または外部の温度、を検出し得る位置に配置されている。例えば、温度センサー７０２は、容器２０８の外面に配置されている。この温度センサー７０２としては、特に限定されないが、例えば、サーミスタ、熱電対等を用いることができる。なお、温度センサー７０２の設置位置は、温度センサー７０２が原子セルユニット２０の周囲の温度を検出することができればよく、前述した位置に限定されない。また、温度センサー７０２を省略してもよく、この場合、例えば、発光素子モジュール１０内の温度センサー１０３または原子セルユニット２０内の温度センサー２０４の検出結果に基づいて、ペルチェ素子７０１の駆動を制御すればよい。

（制御ユニット５０）
図３に示すように、制御ユニット５０は、回路基板５０５と、回路基板５０５上に設けられている２つのコネクター５０６ａ、５０６ｂと、コネクター５０６ａと発光素子モジュール１０とを接続しているフレキシブル配線基板５０８ａと、コネクター５０６ｂと原子セルユニット２０とを接続しているフレキシブル配線基板５０８ｂと、回路基板５０５を貫通している複数のリードピン５０９と、を有する。

ここで、回路基板５０５には、図示しない電気回路が設けられ、この電気回路が前述した温度制御部５０１、光源制御部５０２、磁場制御部５０３、温度制御部５０４および温度制御部５１０として機能する。また、回路基板５０５は、前述した支持部材４０が挿通されている貫通孔５０５１を有する。また、回路基板５０５は、複数のリードピン５０９を介して容器６０に対して支持されている。複数のリードピン５０９は、それぞれ、容器６０の内外を貫通しており、回路基板５０５に電気的に接続されている。

なお、回路基板５０５と発光素子モジュール１０とを電気的に接続する構成、および、回路基板５０５と原子セルユニット２０とを電気的に接続する構成は、図示のコネクター５０６ａ、５０６ｂおよびフレキシブル配線基板５０８ａ、５０８ｂに限定されず、それぞれ、他の公知のコネクターおよび配線であってもよい。

（容器６０）
図２に示すように、容器６０（第２容器）は、開口６０１ａ、６０１ｄを有する枠状の第１部材６０１と、開口６０１ａを塞ぐ第２部材６０２と、開口６０１ｄを塞ぐ第３部材６０３と、を有する。そして、第１部材６０１、第２部材６０２および第３部材６０３で囲まれる空間には、発光素子モジュール１０、原子セルユニット２０、光学系ユニット３０、支持部材４０、制御ユニット５０およびペルチェ素子モジュール７０が収容されている。なお、以下では、容器６０に収容されているこれらの部品を総称して「容器６０内の収容物」とも言う。

第１部材６０１は、容器６０内の収容物を囲む枠状をなしており、図２に示すように、図２中上側に開放する開口６０１ａと、図２中下側に開放する開口６０１ｄと、を有する。ここで、第１部材６０１は、容器６０内の収容物を囲んでおり、Ｚ軸に沿う面である壁部と、Ｚ軸方向から見た場合に当該壁部の上端部から内側に突出している、開口６０１ａを有する板状の部分である板部と、を有する。なお、壁部は第１部材６０１の第１部分、板部は第１部材６０１の第２部分ということもできる。また、第１部材６０１は、板部の外面であり、Ｚ軸方向を法線とする上面６０１ｂと、壁部の外面であり、Ｚ軸方向に直交する方向を法線とする側面６０１ｃと、を有する。また、側面６０１ｃは、上面６０１ｂの外縁から図２中下側に延びている。

第２部材６０２は、板状をなし、第１部材６０１の上面６０１ｂに沿って配置され、第１部材６０１の開口６０１ａを覆っている。そして、第２部材６０２の外周部は、第１部材６０１の上面６０１ｂに溶接等により接合されている。

第３部材６０３は、底面と、第１部材６０１の壁部よりも高さが小さい側面とを有し、第１部材６０１の開口６０１ｄを塞ぐように開口６０１ｄ内に配置されている。そして、第３部材６０３の外周部は、第１部材６０１に溶接等により接合されている。なお、第１部材６０１および第３部材６０３は、内外の位置関係が図示とは逆となっていてもよく、この場合、第１部材６０１および第３部材６０３の高さを適宜変更すればよい。

このような容器６０、すなわち第１部材６０１、第２部材６０２および第３部材６０３は、前述した容器２０７および容器２０８と同様、コバール等の磁気シールド性を有する金属材料で構成されていることが好ましい。これにより、外部磁場が原子発振器１の特性に悪影響を与えるのを低減することができる。なお、容器６０内は、減圧されていてもよいし、大気圧であってもよいが、気密空間であることが好ましい。したがって、第２部材６０２および第３部材６０３は、それぞれ、第１部材６０１に対して気密的に接合されていることが好ましい。また、第１部材６０１、第２部材６０２および第３部材６０３は、それぞれ、例えば、金属板を加工、必要に応じて成形することで得られる。

このような容器６０の第３部材６０３には、容器６０内の収容物、すなわち発光素子モジュール１０、原子セルユニット２０、光学系ユニット３０、支持部材４０、制御ユニット５０およびペルチェ素子モジュール７０が配置されている。ここで、ペルチェ素子７０１は、導熱板８０を介して容器６０の第２部材６０２に接続している。これにより、ペルチェ素子７０１の発熱面および吸熱面、すなわち、２つの温度調節面、のうち、一方が原子セルユニット２０に熱的に接続され、他方が容器６０に熱的に接続されている。

導熱板８０は、第２部材６０２よりも熱伝導率の高い材料で構成され、ペルチェ素子７０１と導熱板８０とが重なる方向から見た場合に、ペルチェ素子７０１と第２部材６０２との間だけでなく、ペルチェ素子７０１よりも外側に位置する部分を有する。言い換えると、Ｚ軸方向から見た場合に、導熱板８０の面積は、ペルチェ素子７０１の面積よりも大きい。これにより、ペルチェ素子７０１からの熱が第２部材６０２の面方向に円滑に拡がるように、当該熱を第２部材６０２に伝達することができる。その結果、放熱効率を高めることができる。

導熱板８０の構成材料としては、第２部材６０２の構成材料よりも熱伝導率の高い材料であればよく、特に限定されないが、例えば、第２部材６０２の構成材料がコバール等の磁気シールド性を有する金属材料である場合、アルミニウム、銅、銀、金等の金属材料、カーボンナノチューブ、人造黒鉛等の炭素系材料等が挙げられ、これらのうち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。

本実施形態の導熱板８０は、図５に示すように、アルミニウム等の金属材料で構成された金属板８０１と、炭素系材料で構成されたグラファイトシート８０２と、を有し、これらが積層されている。そして、グラファイトシート８０２が接着剤９０１を介してペルチェ素子７０１に接合され、一方、金属板８０１が接着剤９０２を介して第２部材６０２に接合されている。

グラファイトシート８０２は、面方向での熱伝導率が金属板８０１よりも高い。そのため、ペルチェ素子７０１からの熱をグラファイトシート８０２によって面方向に円滑に伝えることができる。一方、金属板８０１は、厚さ方向での熱伝導率がグラファイトシート８０２よりも高い。そのため、グラファイトシート８０２からの熱を第２部材６０２に円滑に伝えることができる。このような金属板８０１およびグラファイトシート８０２の作用により、ペルチェ素子７０１からの熱を効率的に第２部材６０２に伝えることができる。なお、導熱板８０の構成は、前述した構成に限定されず、例えば、金属板８０１のみで構成されていてもよいし、グラファイトシート８０２のみで構成されていてもよい。また、導熱板８０は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。

接着剤９０１、９０２としては、それぞれ、所定の接着力を有していればよく、特に限定されず、各種接着剤を用いることができるが、ペルチェ素子７０１と第２部材６０２との間の熱伝導率を高める観点から、例えば、アルミナ等の熱伝導性フィラーを含有するシリコーン系の接着剤を用いることが好ましい。

ここで、このような接着剤９０１、９０２の厚さがバラつくと、ペルチェ素子７０１と第２部材６０２との間の熱の伝わり方が変わってしまう。そうすると、原子発振器１の特性、例えば、環境温度に対する原子発振器１の内部の温度変化が個体ごとにばらついてしまい、歩留まりが低下する可能性がある。

そこで、容器６０は、前述したように第１部材６０１および第２部材６０２を有しており、第１部材６０１と第２部材６０２とを溶接等により接合する前の状態で、接着剤９０１、９０２の状態を視認可能となっている。以下、この点について説明する。

以下、容器６０の組み立てについて、図６ないし図８を参照しつつ説明する。
図６は、第１実施形態に第２容器の組み立て（第１工程）を説明するための図である。図７は、第１実施形態に第２容器の組み立て（第２工程）を説明するための図である。図８は、第１実施形態に第２容器の組み立て（第３工程）を説明するための図である。

まず、図６に示すように、容器６０内の収容物を第３部材６０３に搭載し、その状態で、第３部材６０３を開口６０１ｄから第１部材６０１内に挿入する。このとき、ペルチェ素子７０１の上面が開口６０１ａよりも外側に位置するまで、第３部材６０３を開口６０１ａ側に第１部材６０１内でスライドさせる。このため、開口６０１ａの大きさは、ペルチェ素子７０１の上面をＺ軸方向から見た面積よりも大きいことが好ましい。

次に、図７に示すように、ペルチェ素子７０１に導熱板８０を介して第２部材６０２を接続する。具体的には、図７では、図示を省略しているが、導熱板８０と第２部材６０２とを接着剤９０２により接着した後に、ペルチェ素子７０１と導熱板８０とを接着剤９０１により接着する。このとき、ペルチェ素子７０１の上面が開口６０１ａよりもＺ軸方向において外側に位置した状態であるため、第１部材６０１の上面と第２部材６０２との間に隙間が形成される。そして、その隙間を介して、接着剤９０１、９０２の状態を視認することができる。このようにして接着剤９０１、９０２の状態、すなわちペルチェ素子７０１と第２部材６０２との接続状態を視認することができる。

次に、図８に示すように、第２部材６０２が第１部材６０１に接触するまで、第３部材６０３を開口６０１ｄ側に第１部材６０１内でスライドさせる。第１部材６０１を第２部材６０２側へスライドさせてもよい。そして、その状態で、第１部材６０１に対して、第２部材６０２および第３部材６０３を溶接等により接合する。

以上のようにして容器６０を組み立てることができる。このような容器６０の組み立ては、例えば、図９ないし図１５に示すように、冶具１０００を用いて行うことができる。以下、冶具１０００について説明する。

図９は、第１実施形態に係る第２容器（容器６０）の組み立てに用いる冶具を示す斜視図である。図１０は、図９に示す冶具に第２部材を載置した状態を示す斜視図である。図１１は、図１０に示す状態の冶具にさらに第１部材を載置した状態を示す斜視図である。図１２は、図１１に示す状態の冶具に載置された第１部材に第３部材を組み込んだ状態を示す斜視図である。図１３は、図１２に示す状態の冶具に錘用の位置決め板を取り付けた状態を示す斜視図である。図１４は、図１３に示す状態の冶具に取り付けられた位置決め板に錘を載置した状態を示す斜視図である。図１５は、図１４に示す状態の冶具からプランジャー部材を取り外した状態を示す斜視図である。

図９に示す冶具１０００は、本体１００１と、本体１００１に重ねて着脱可能に配置されたプランジャー部材１００２と、本体１００１からプランジャー部材１００２とは反対側に突出している複数の支柱１００３と、を有する。

ここで、本体１００１は、略板状の外形をなし、一方の面には、容器６０の第１部材６０１が載置される凹部１００１ａと、容器６０の第２部材６０２が載置される凹部１００１ｂと、本体１００１を厚さ方向に貫通する孔１００１ｃと、凹部１００１ａの側方に開放する切り欠き１００１ｄと、を有する。プランジャー部材１００２は、本体１００１の孔１００１ｃを貫通して凹部１００１ａの底面から突出するプランジャー１００２ａを有する。支柱１００３は、後述する錘３０００を位置決めするための位置決め板２０００を装着して用いられ、位置決め板２０００が支柱１００３の軸方向に移動するのを規制する規制部１００３ａを有する。

このような冶具１０００には、まず、図１０に示すように、本体１００１の凹部１００１ｂ内に第２部材６０２が載置される。ここで、凹部１００１ｂは、凹部１００１ａの底面に設けられており、略四角形の平面視形状をなし、載置された第２部材６０２が本体１００１の厚さ方向に対して直交する方向に移動するのを規制する。また、このとき、第２部材６０２には、導熱板８０が接着されている。

次に、図１１に示すように、本体１００１の凹部１００１ａ内に第１部材６０１が載置される。ここで、凹部１００１ａは、略四角形の平面視形状をなし、載置された第１部材６０１が本体１００１の厚さ方向に対して直交する方向に移動するのを規制する。また、このとき、プランジャー部材１００２のプランジャー１００２ａの先端が本体１００１の凹部１００１ａの底面から突出しており、プランジャー１００２ａが第１部材６０１に当接することで、前述した図７に示すように、第１部材６０１と第２部材６０２とが離間した状態を維持することができる。

次に、図１２に示すように、第１部材６０１内に、容器６０内の収容物を搭載した第３部材６０３を挿入する。ここで、第１部材６０１内に第３部材６０３を挿入する前に、第３部材６０３に搭載されているペルチェ素子７０１または導熱板８０に接着剤を塗布しておく。このとき、当該接着剤の状態を切り欠き１００１ｄを通じて視認することができる。

次に、図１３に示すように、複数の支柱１００３に位置決め板２０００を取り付ける。この位置決め板２０００は、支柱１００３が貫通する孔２００１と、後述する錘３０００の一部が挿入される孔２００２と、を有する。ここで、孔２００２は、ペルチェ素子７０１に重なる位置に設けられている。そして、図１４に示すように、位置決め板２０００上に錘３０００を載置する。このとき、錘３０００が孔２００２を通じて第３部材６０３を本体１００１側に向けて付勢する。この状態を維持しながら接着剤を硬化または固化させる。このときも、当該接着剤の状態を切り欠き１００１ｄを通じて視認することができる。

その後、図１５に示すように、プランジャー部材１００２を取り外す。これにより、前述した図８に示すように、第１部材６０１と第２部材６０２とを接触させることができる。そして、本体１００１に載置した状態で、第１部材６０１と第３部材６０３とを溶接等により接合し、その後、本体１００１から取り外した状態で、第１部材６０１と第２部材６０２とを溶接等により接合する。
以上のように、冶具１０００を用いて容器６０を組み立てることができる。

以上のように、原子発振器１は、アルカリ金属原子が収容された原子セル２０１と、原子セル２０１内のアルカリ金属原子に照射される光ＬＬを出射する発光素子１０２と、原子セル２０１を収容する第１容器である容器２０８と、容器２０８の外面に配置されたペルチェ素子７０１と、発光素子１０２、容器２０８およびペルチェ素子７０１を収容する第２容器である容器６０と、を含む。ここで、容器６０は、開口６０１ａを有する第１部材６０１と、ペルチェ素子７０１に接続された状態で開口６０１ａを塞ぐ第２部材６０２と、を含む。

このような原子発振器１によれば、容器６０が、開口６０１ａを有する第１部材６０１と、ペルチェ素子７０１に接続された状態で開口６０１ａを塞ぐ第２部材６０２と、を含むため、第１部材６０１の開口６０１ａを第２部材６０２で塞ぐ前にペルチェ素子７０１と第２部材６０２とを接続することで、その接続状態を視認することができる。そのため、原子発振器１ごとのペルチェ素子７０１と第２部材６０２との接続状態のバラつき、すなわち個体差を低減することができる。

容器２０８（第１容器）は、磁気シールド性を有することが好ましい。これにより、容器２０８の外部における磁場が原子セル２０１内のアルカリ金属原子に与える影響を低減することができる。

ペルチェ素子７０１と第２部材６０２とを接着する接着剤９０１、９０２を含む。これにより、ペルチェ素子７０１と第２部材６０２との接続状態を安定的に維持することができる。また、第１部材６０１の開口６０１ａを第２部材６０２で塞ぐ前にペルチェ素子７０１と第２部材６０２とを接着剤９０１、９０２により接続することで、その接着剤９０１、９０２の状態を視認することができる。そのため、原子発振器１ごとの接着剤９０１、９０２の厚さのバラつきを低減することができる。

容器６０（第２容器）は、発光素子１０２および容器２０８（第１容器）が配置される第３部材６０３をさらに含む。ここで、第１部材６０１は、開口６０１ａを有する第１面である上面６０１ｂと、上面６０１ｂに交差し、かつ、第３部材６０３を囲む第２面である側面６０１ｃと、を含む。これにより、発光素子１０２および容器２０８（第１容器）を第３部材６０３に配置した状態で、ペルチェ素子７０１と容器２０８とを接続し、その接続状態を視認することができる。また、このように発光素子１０２および容器２０８（第１容器）を第３部材６０３に配置することで、発光素子１０２、容器２０８およびペルチェ素子７０１を容器６０に収容する際の作業性を高めることもできる。

第２部材６０２の厚さ方向から見たとき、第２部材６０２は、開口６０１ａよりも外側に位置する部分を有する。これにより、第２部材６０２の当該部分を第１部材６０１に重ねて溶接等により接合することができる。そのため、第１部材６０１と第２部材６０２との接続が容易となる。

本実施形態では、ペルチェ素子７０１および第１部材６０１は、第２部材６０２の同一面、すなわち図２中下側の面に接続されている。これにより、後述する第２実施形態のように第２部材６０２の一方の面にペルチェ素子７０１、他方の面に第１部材６０１を接続する構成に比べて、容器６０の組み立てが容易となる。

１ｂ．第２実施形態
図１６は、第２実施形態に係る原子発振器の断面側面図（ＸＺ平面に沿った断面図）である。図１７は、第２実施形態に第２容器の組み立て（第１工程）を説明するための図である。図１８は、第２実施形態に第２容器の組み立て（第２工程）を説明するための図である。

本実施形態は、第２容器の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、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１６ないし図１８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１６に示す原子発振器１Ａは、第２容器として、前述した第１実施形態の容器６０に代えて、容器６０Ａを備える。容器６０Ａ（第２容器）は、前述した第１実施形態の容器６０と同様、第１部材６０１、第２部材６０２および第３部材６０３を有するが、第１部材６０１と第２部材６０２との位置関係が異なる。

具体的には、前述した第１実施形態では、第２部材６０２の下面と第１部材６０１の板部の上面６０１ｂとが接合されているのに対し、本実施形態では、第２部材６０２の上面と第１部材６０１の板部の上面６０１ｂとは反対側の面とが接合されている。このような容器６０Ａの組み立ては、以下のようにして行うことができる。

まず、図１７に示すように、容器６０内の収容物を第３部材６０３に搭載し、ペルチェ素子７０１に導熱板８０を介して第２部材６０２を接続する。このとき、ペルチェ素子７０１と第２部材６０２との接続状態を視認することができる。そして、このようにして得た構造体に対し、図１８に示すように、第１部材６０１を第２部材６０２側から被せるようにして装着する。そして、その状態で、第１部材６０１に対して、第２部材６０２および第３部材６０３を溶接等により接合する。以上のようにして容器６０Ａを組み立てることができる。

以上のように、本実施形態では、ペルチェ素子７０１は、第２部材６０２の一方の面に接続され、第１部材６０１は、第２部材６０２の他方の面に接続されている。これにより、前述した第１実施形態のように第２部材６０２の同一面にペルチェ素子７０１および第１部材６０１を接続する構成に比べて、第１部材６０１の開口６０１ａを第２部材６０２で塞ぐ前にペルチェ素子７０１と第２部材６０２との接続状態を視認しやすくすることができる。

以上説明したような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

２．信号生成システム
以上説明したような原子発振器１は、各種電子機器に組み込むことができる。以下、そのような電子機器を備える信号生成システムの実施形態について説明する。

図１９は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星を利用した測位システム（信号生成システムの一例）の概略構成を示す図である。

図１９に示す信号生成システムの一例である測位システム１１００は、ＧＰＳ衛星１２００と、基地局装置１３００と、ＧＰＳ受信装置１４００とで構成されている。
ＧＰＳ衛星１２００は、測位情報としてＧＰＳ信号を送信する。

基地局装置１３００は、例えば電子基準点としてＧＰＳ連続観測局に設置されたアンテナ１３０１を介してＧＰＳ衛星１２００からの測位情報を高精度に受信する受信装置１３０２と、この受信装置１３０２で受信した測位情報をアンテナ１３０３を介して送信する送信装置１３０４とを備える。

ここで、受信装置１３０２は、その基準周波数発振源である原子発振器１と、原子発振器１からの信号を処理する処理部１３０２ａと、を備える。また、受信装置１３０２で受信された測位情報は、リアルタイムで送信装置１３０４により送信される。なお、原子発振器１に代えて、原子発振器１Ａを用いてもよい。

このように、電子機器である受信装置１３０２は、原子発振器１を含む。このような受信装置１３０２によれば、原子発振器１の効果を用いて受信装置１３０２の特性を向上させることができる。例えば、原子発振器１の特性の個体差が小さいため、原子発振器１の歩留まりを高くして原子発振器１の低コスト化、ひいては受信装置１３０２の低コスト化を図ることができる。

ＧＰＳ受信装置１４００は、ＧＰＳ衛星１２００からの測位情報をアンテナ１４０１を介して受信する衛星受信部１４０２と、基地局装置１３００からの測位情報をアンテナ１４０３を介して受信する基地局受信部１４０４とを備える。

以上のように、信号生成システムである測位システム１１００は、原子発振器１と、原子発振器１からの信号を処理する処理部１３０２ａと、を含む。このような測位システム１１００によれば、原子発振器１の効果を用いて測位システム１１００の特性を向上させることができる。例えば、原子発振器１の特性の個体差が小さいため、原子発振器１の歩留まりを高くして原子発振器１の低コスト化、ひいては測位システム１１００の低コスト化を図ることができる。

なお、電子機器は、前述したものに限定されず、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計、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（Point of Sales）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。また、信号生成システムは、原子発振器からの信号を処理して信号を生成するシステムであればよく、前述したものに限定されず、例えば、クロック伝送システム等であってもよい。

以上、本発明の原子発振器、信号生成システムおよび電子機器について、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い。

また、本発明の各部の構成は、前述した実施形態の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。

前述した実施形態では、量子干渉効果を利用した原子発振器に本発明を適用した場合を例に説明したが、本発明は、これに限定されず、二重共鳴現象を利用した原子発振器にも適用可能であり、この場合、光源としては、半導体レーザーに限定されず、例えば、発光ダイオード、アルカリ金属を封入したランプ等を用いることができる。

１…原子発振器、１Ａ…原子発振器、１０…発光素子モジュール、２０…原子セルユニット、３０…光学系ユニット、４０…支持部材、４２…設置面、５０…制御ユニット、６０…容器（第２容器）、６０Ａ…容器（第２容器）、７０…ペルチェ素子モジュール、８０…導熱板、１０１…ペルチェ素子、１０２…発光素子、１０３…温度センサー、１０４…パッケージ、２０１…原子セル、２０１ａ…胴体部、２０１ｂ…窓部、２０１ｃ…窓部、２０２…受光素子、２０３…ヒーター、２０４…温度センサー、２０５…コイル、２０６…保持部材、２０６ｃ…開口部、２０６ｄ…開口部、２０７…容器、２０７ａ…開口部、２０７ｂ…部分、２０８…容器（第１容器）、２０８ａ…開口部、２０９…スペーサー、２１０…伝熱部材、２１１…ネジ、３０１…減光フィルター、３０２…集光レンズ、３０３…１／４波長板、３０４…ホルダー、３０５…貫通孔、４０１…設置面、４０２…段差部、４０３…設置面、４０４…段差部、５０１…温度制御部、５０２…光源制御部、５０３…磁場制御部、５０４…温度制御部、５０５…回路基板、５０６ａ…コネクター、５０６ｂ…コネクター、５０８ａ…フレキシブル配線基板、５０８ｂ…フレキシブル配線基板、５０９…リードピン、５１０…温度制御部、６０１…第１部材、６０１ａ…開口、６０１ｂ…上面、６０１ｃ…側面、６０１ｄ…開口、６０２…第２部材、６０３…第３部材、７０１…ペルチェ素子、７０２…温度センサー、８０１…金属板、８０２…グラファイトシート、９０１…接着剤、９０２…接着剤、１０００…冶具、１００１…本体、１００１ａ…凹部、１００１ｂ…凹部、１００１ｃ…孔、１００１ｄ…切り欠き、１００２…プランジャー部材、１００２ａ…プランジャー、１００３…支柱、１００３ａ…規制部、１１００…測位システム、１２００…ＧＰＳ衛星、１３００…基地局装置、１３０１…アンテナ、１３０２…受信装置、１３０２ａ…処理部、１３０３…アンテナ、１３０４…送信装置、１４００…ＧＰＳ受信装置、１４０１…アンテナ、１４０２…衛星受信部、１４０３…アンテナ、１４０４…基地局受信部、２０００…位置決め板、２００１…孔、２００２…孔、３０００…錘、５０５１…貫通孔、ＬＬ…光、Ｓ…内部空間、Ｓ１…空間、ａ…光軸

Claims (9)

1. アルカリ金属原子が収容された原子セルと、
   前記アルカリ金属原子に照射される光を出射する発光素子と、
   前記原子セルを収容する第１容器と、
   前記第１容器の外面に配置されたペルチェ素子と、
   開口を有する第１部材と、前記ペルチェ素子に接続された状態で前記開口を塞ぐ第２部材と、を含み、前記発光素子、前記第１容器および前記ペルチェ素子を収容する第２容器と、を含む、原子発振器。
2. 前記第１容器は、磁気シールド性を有する、請求項１に記載の原子発振器。
3. 前記ペルチェ素子と前記第２部材とを接着する接着剤を含む、請求項１または２に記載の原子発振器。
4. 前記第２容器は、前記発光素子および前記第１容器が配置される第３部材をさらに含み、
   前記第１部材は、前記開口を有する第１面と、前記第１面に交差し、かつ、前記第３部材を囲む第２面と、を含む、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の原子発振器。
5. 前記第２部材の厚さ方向から見たとき、前記第２部材は、前記開口よりも外側に位置する部分を有する、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の原子発振器。
6. 前記ペルチェ素子および前記第１部材は、前記第２部材の同一面に接続されている、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の原子発振器。
7. 前記ペルチェ素子は、前記第２部材の一方の面に接続され、
   前記第１部材は、前記第２部材の他方の面に接続されている、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の原子発振器。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の原子発振器と、
   前記原子発振器からの信号を処理する処理部と、を含む、信号生成システム。
9. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の原子発振器を含む、電子機器。

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