SM1-Gewinde

|K WONG

SM1 ist ein spezieller Gewindestandard, der vorwiegend in der Optomechanik verwendet wird. Das ursprünglich von Thorlabs, einem bedeutenden Hersteller optischer Geräte, entwickelte SM1-Gewinde hat sich branchenweit als Standard für die Montage, Aufnahme und Ausrichtung runder optischer Komponenten etabliert, insbesondere für Komponenten mit einem Durchmesser von 1 Zoll (25.4 mm).

Gewindespezifikationen

„SM“ in SM1 steht für „Sewing Machine“ (Nähmaschine). Dies ist ein historischer Verweis auf die hochpräzisen Feingewinde, die traditionell in der Nähmaschinenindustrie eingesetzt und von frühen Optomechanikentwicklern wegen ihrer Feinjustiermöglichkeiten übernommen wurden. „1“ entspricht ungefähr der Kompatibilität mit 1-Zoll-Optiken.

Die genaue Spezifikation für ein SM1-Gewinde lautet 1.035"-40.

  • Außendurchmesser: 1.035 Zoll (ca.() 26.29 mm)
  • Gewindesteigung: 40 Gewindegänge pro Zoll (TPI)

Die extrem feine Gewindesteigung von 40 TPI ermöglicht eine hochauflösende Positionierung und verhindert, dass sich Komponenten durch Vibrationen leicht lösen. Dies ist für optische Präzisionsaufbauten entscheidend.

Anwendungen in Photonik und Optik

SM1-Gewinde bilden die Grundlage modularer optomechanischer Systeme. Da der Innendurchmesser eines SM1-threaded-Rohrs gerade groß genug für eine Standardoptik mit 1 Zoll Durchmesser ist, wird es häufig zum Aufbau geschlossener, lichtdichter Strahlengänge verwendet.

Typische Anwendungen sind:

  • Linsentuben: Mehrere Gewinderohre werden aneinandergereiht, um Linsen in bestimmten Brennweitenabständen zu halten.
  • Filterhalterungen: Zur sicheren Befestigung optischer Bandpass-, Kurzpass- oder Langpassfilter. Das Gewinde ermöglicht es, Sicherungsringe bündig gegen den Filter zu schrauben. So wird der Filter sicher gehalten, ohne mechanische Spannungen zu erzeugen, die Doppelbrechung verursachen oder die Dünnschichtbeschichtungen verformen könnten.
  • Gehäuse für Detektoren und Lichtquellen: Zur Montage von SWIR-Kameras, Photodioden oder Lichtquellen an einem geschlossenen Strahlengang.
  • Substrathalter: Zur Befestigung unbeschichteter Substrate aus UV-Quarzglas, dichroitischer Spiegel oder Wellenplatten bei bestimmten Einfallswinkeln (AOI) in Kombination mit kinematischen Haltern.

Vergleich mit verwandten Gewindenormen

SM1 gehört zu einer größeren Familie von „SM“-Gewinden, die für verschiedene Optikgrößen ausgelegt sind:

  • SM05 (0.535"-40): Ausgelegt für Optiken mit 0.5 Zoll (12.7 mm).
  • SM2 (2.035"-40): Ausgelegt für 2.0-Zoll-Optiken (50.8 mm).
  • SM3 (3.035"-40): Ausgelegt für 3.0-Zoll-Optiken (76.2 mm).

SM1 im Vergleich zu C-Mount: SM1 wird häufig mit dem bei Bildverarbeitungskameras weitverbreiteten C-Mount-Standard verglichen und manchmal damit verwechselt. Obwohl beide Feingewinde ähnlicher Größe sind, sind sie nicht direkt kompatibel. C-Mount ist ein 1.000"-32-Gewinde (Durchmesser 1 Zoll, 32 Gewindegänge pro Zoll). In Laboren werden häufig Gewindeadapter eingesetzt, um SM1-Linsentuben mit C-Mount-Kameras zu verbinden.

Praxisbeispiel

Die Komponenten

  1. SWIR-Kamera: Verfügt an der Vorderseite üblicherweise über einen standardmäßigen C-Mount-Anschluss (1.000"-32-Gewinde).
  2. 1550nm Bandpassfilter: Eine optische Standardkomponente mit 1 Zoll Durchmesser.
  3. SM1 Objektivtubus: Ein Hohlzylinder mit SM1-Innengewinde (1.035"-40).
  4. SM1 Sicherungsring: Ein dünner Metallring mit Gewinde, der in den SM1 Linsentubus eingeschraubt wird.
  5. SM1-to-C-Mount Adapter: Ein wichtiges Übergangsstück mit SM1-Außengewinde auf der einen und C-Mount-Innengewinde auf der anderen Seite.

Der Montageprozess

  1. Einsetzen der Optik: Legen Sie den 1 Zoll großen 1550nm-Bandpassfilter flach in den SM1-Linsentubus ein. Da der Tubus präzise für 1-Zoll-Optiken gefertigt ist, sitzt der Filter passgenau und ohne seitliches Spiel.
  2. Sichern des Filters: Der SM1 Sicherungsring wird mit einem speziellen Stirnlochschlüssel in den Linsentubus eingeschraubt. Die extrem feine Steigung von 40 TPI (Gewindegänge pro Zoll) des Standards SM1 ist hierbei entscheidend. Dadurch lässt sich der Ring so weit einschrauben, bis er die Filteroberfläche gerade eben berührt. Das Substrat kann fest genug fixiert werden, damit es sich bei Maschinenvibrationen nicht bewegt, und zugleich so schonend, dass keine mechanischen Spannungen entstehen. Solche Spannungen könnten die dünnen Interferenzbeschichtungen verformen und die Leistung des Filters beeinträchtigen.
  3. Anpassen des Gewindes: Schrauben Sie den Adapter SM1-to-C-Mount auf das hintere Ende des Linsentubus SM1.
  4. Endmontage: Sie schrauben die gesamte lichtdichte SM1 Baugruppe direkt auf die Vorderseite der SWIR-Kamera.