Le filetage pour appariement Objectif / Support

Avec Sunex, nous recevons de nombreuses questions sur le filetage des objectifs et des supports lorsqu'il s'agit d'objectifs à monter sur carte. Dans cet article, nous allons explorer les considérations de base sur les combinaisons de lentilles optiques et de montures filetées, par opposition à certaines autres méthodes courantes. Bien que cet article ne soit pas un tutoriel détaillé, une compréhension de base des spécifications et de la tolérance des filetages de montures fournira une meilleure compréhension des considérations en jeu. De même, les avantages ou les inconvénients du choix d'une méthode de montage plutôt qu'une autre ne seront pas abordés ici, mais le seront dans un prochain article.

Les bases de la tolérance des filetages :

Les filetages ISO sont définis par le diamètre nominal du filetage, comme M8, M10 ou M12.  Ces exemples spécifiques ont été choisis intentionnellement car ce sont les types de lentilles optiques les plus courants pour les montages sur carte. Ils représentent donc des lentilles optiques dont le diamètre nominal à la section du filetage est de 8 mm, 10 mm et 12 mm, comme le montre la figure 1 ci-dessous.  Le M12, en particulier, est une taille de filetage extrêmement courante et on le retrouve dans des applications optiques dans les domaines de la sécurité, l'automobile, la vidéoconférence, les drones et les applications de vision par ordinateur.

Figure 1 - Spécifications de l'objectif et du filtage

Après avoir défini le diamètre du filet, il est nécessaire de définir le pas du filetage. Le pas, comme vous l'avez probablement supposé, est la distance entre les sommets (ou les creux) des dents du filet ; voir la figure 2. Pour éviter de bloquer, il est impératif que le pas du filetage corresponde au pas du support. Le plus souvent, les objectifs M8 ont un pas de 0,35 mm et les objectifs M12 un pas de 0,5 mm, bien que toute combinaison soit possible et puisse être personnalisée, selon l'application. Une fois que la taille et le pas du filet sont définis, cela suffit pour définir nominalement les spécifications du filetage, mais n’est pas suffisant pas pour produire des pièces réelles ou pour assurer un bon ajustement. En effet, les tolérances mécaniques dictent le jeu ou le serrage des pièces. Dans le cas de l'ajustement du filetage, il n'est malheureusement pas aussi simple qu'un ajustement lisse entre l'alésage intérieur et l'alésage extérieur, car de nombreuses surfaces de contact sont effectivement impliquées.  Il existe également des problèmes propres au filetage, tels que le jeu ou le "wobble". Nous aborderons ce point ultérieurement, mais pour l'instant, nous devons comprendre qu'en plus du diamètre et du pas du filet, il existe également des "bandes" de tolérance ISO qui contribuent à l'ajustement et qui sont illustrées ci-dessous dans la figure 3. Notez que les filetages internes sont toujours en majuscules et les filetages externes en minuscules. Notez également que bien que les filets ne se chevauchent pas (et ne peuvent pas se chevaucher), il y a des combinaisons de ligne à ligne possibles dans les spécifications. Pris ensemble, nous pouvons voir la spécification complète du filetage telle qu'elle s'applique aux lentilles et aux montures dans la figure 4.

 

Figure 2 : Terminologie des filtages

Figure 3 : Tolérances de filetage ISO

Figure 4 : Format des filetages

Fixations de l'objectif :

Maintenant que nous avons une compréhension de base et une terminologie commune pour spécifier nos lentilles optiques et nos montures, l'ajustement des lentilles et des supports devrait être simple, n'est-ce pas ? !  Eh bien, examinons de plus près comment la spécification du filetage s'applique aux lentilles optiques et les défis potentiels qui peuvent se présenter.  La méthode de montage des lentilles par filetage est courante, pratique et se prête bien à l'adaptation universelle des lentilles du commerce. Mais avant tout, nous devons nous rappeler que, par définition, les filets doivent avoir un certain jeu afin de se déplacer les uns par rapport aux autres. Ce "jeu" dans le filetage est à l'origine de presque toutes les difficultés d'adaptation potentielles auxquelles sont confrontés les clients. Même si le filetage interne et externe est correctement spécifié et que les pièces sont conformes aux spécifications, les bandes de tolérance laissent une certaine marge de variation. Si l'ajustement est trop faible, il en résultera une instabilité et un jeu excessif, ce qui peut contribuer à la difficulté de maintenir la position focale, soit en Z, soit dans les axes de rotation et d'inclinaison. Si l'ajustement du filetage est trop serré, cela entraînera des difficultés à atteindre la mise au point à la distance focale arrière nominale, ou peut créer des poussières en raison d'une friction excessive ou d'une interférence mécanique dans le filetage.

Deuxièmement, il y a une certaine disparité entre les spécifications mécaniques et les spécifications optiques à prendre en compte.  Alors que les tolérances typiques des filets (et de la mécanique des lentilles, d'ailleurs) sont souvent mesurées en dixièmes ou centièmes de millimètres, les tolérances de la longueur focale optique sont généralement mesurées en microns. Cela signifie que les bandes de tolérance (figure 3) pour la spécification du filetage peuvent ne pas être aussi précises qu'il semble nécessaire pour maintenir les tolérances optiques pour un cas d'utilisation donné.  Heureusement, les filetages sont variables en continu, et tant qu'il n'y a pas d'oscillation ou de jeu excessif entre les filetages, c'est toujours une façon très précise de mettre au point une lentille. Prenons un exemple simple : si la profondeur de champ d'un objectif est de +/-10um et le pas de 0,5 mm, cela signifie que chaque tour de 360° déplace l'objectif de 500um.  Ainsi, +/-10um correspond à 1/25ème de tour, soit 14,4°, ce qui est facilement résoluble dans la pratique. Cependant, s'il y a un espace excessif entre les filets, on peut clairement voir que le jeu dans les filets pourrait facilement éclipser ce nombre et dépasser la profondeur de champ de l'objectif, ce qui rendrait la mise au point difficile.

La troisième considération concerne les matériaux eux-mêmes. Bien que tout matériau courant puisse convenir à la monture ou à la lentille optique si l'ajustement est correct, il y a aussi quelques considérations à prendre en compte ici. Les exigences en terme de performances thermiques, mis à part le métal, sont relativement incompressibles et l'ajustement métal sur métal peut être délicat. Les pièces métalliques étroitement appariées ont tendance à créer des débris ou des grippages et des tolérances légèrement plus faibles peuvent être nécessaires pour obtenir un ajustement correct. Le métal sur plastique, en revanche, fonctionne bien dans la plupart des cas et peut généralement être un peu plus serré, mais peut également créer un excès de débris ou un "coincement" si l'ajustement est trop serré.  Enfin, le plastique-sur-plastique est une configuration relativement indulgente en général, mais peut présenter des limites de stabilité thermique de second ordre à prendre en compte.

Pour toutes ces raisons, vous verrez souvent des couples de montage h et G pour les lentilles du commerce. Cela permet d'assurer qu'il existe au moins un certain écart (dans le pire des cas) afin d'éviter la possibilité d'un ajustement ligne par ligne, tout en maintenant une correspondance raisonnablement serrée. Ce ne sont pas non plus les seules considérations qui dépendent de l'application, mais ces trois éléments sont communs à une majorité de cas d’utilisation.

Quelle est donc la réponse et y a-t-il d'autres options ?

Nous pouvons maintenant constater que le filetage est beaucoup plus complexe qu'il n'y paraît, du moins en ce qui concerne les objectifs. Alors, que peut-on faire pour atténuer les risques liés à l'assemblage et à la mise au point des objectifs à monter sur carte ?

L’ingénierie et le support. Nous espérons avoir démontré que les montures ne sont pas insignifiantes. Comme nous l'avons mentionné ci-dessus, Sunex peut vous aider à résoudre un certain nombre d'autres problèmes spécifiques à chaque cas. Sunex dispose d'une variété de montures et peut vous aider à choisir la bonne ! D'ailleurs, il est toujours bon d'utiliser une monture du même fournisseur que celui où vous achetez l'objectif. Il existe également un certain nombre de techniques de "meilleures pratiques" pour la mise au point que Sunex peut vous aider à appliquer.

Sunex peut construire un sous-ensemble pour vous. Pour une production de masse, laissez Sunex faire le plus difficile ! Sunex peut assembler l'objectif à la monture et vérifier qu'il s'adapte à votre position focale nominale.  Non seulement cela garantit un bon ajustement, mais comme Sunex assemble, inspecte et emballe tout dans une salle blanche, il réduira généralement les débris de manière substantielle lors de l'assemblage final sur votre carte de capteurs.

Avez-vous besoin d'améliorer votre jeu d'alignement en plus d'obtenir un bon ajustement et une bonne mise au point ?  Comme nous l'avons vu précédemment, les filetages doivent avoir un certain jeu afin d'éviter les frottements excessifs et les problèmes qui en découlent, mais trop de jeu peut nuire à la qualité de votre image.  Le concept de montage de précision de Sunex peut réduire l’inclinaison et le balancement jusqu'à 50 % tout en réduisant simultanément la dépendance à l'égard de l'ajustement du filetage, évitant ainsi le besoin de tolérances serrées et d'ajustement individuel.  La clé réside dans l'adaptation de la conception de l'objectif à celle de la monture.  Bien que plusieurs lentilles Sunex disponibles sur le marché possèdent déjà cette caractéristique, Sunex peut personnaliser n'importe quelle lentille de son portefeuille pour qu'elle soit compatible avec ses conceptions de monture de précision.

Enfin, à mesure que la résolution augmente et que le pas des pixels diminue, l'alignement de précision devient primordial. Par exemple, au-dessus d'une résolution de 5 Mpx et/ou en dessous de 2 µm de pas de pixels, les filetages et leurs tolérances associées commencent à atteindre les limites de la précision requise pour obtenir les meilleures performances optiques. Dans ce régime, l'alignement actif (AA) peut présenter la réponse.  Sunex dispose d'une gamme de technologies pour aligner activement notre lentille sur le capteur choisi, en retirant complètement le filetage de l'équation. Ce procédé est généralement plus adapté aux volumes moyens à élevés et aux hautes résolutions, mais selon le cas d'utilisation, il peut apporter une valeur ajoutée pour une multitude de cas d'utilisation. 

Si vous avez besoin d'aide pour l'ajustement, l'alignement et la mise au point d'une lentille et d’un support pour montage sur carte, n’hésitez pas à nous contacter.