Direct-imaging DOEs for high-NA multi-spot confocal microscopy

Diffractive lens arrays with overlapping apertures can produce spots with high numerical apertures (NAs). Such diffractive optical elements (DOEs) can replace high-NA objectives and measure a large area with high resolution in transmission microscopes. However, in reflection microscopes for surface measurements, the axial resolution is still limited by the objectives. Direct-imaging DOEs are proposed to solve the problem. They can perform high-NA multi-spot measurement in reflection configurations in both lateral and axial directions. Experiments demonstrate a lateral non-vanishing contrast up to 1448 lp/mm and an axial response on a plane mirror with a full width at half maximum (FWHM) of 2.24 mm.

Diffraktive Linsenarrays mit überlappenden Aperturen können Spots mit hohen numerischen Aperturen erzeugen. Derartige diffraktive optische Elemente können Objektive mit hoher NA ersetzen und einen großen Bereich mit hoher Auflösung in Transmissionsmikroskopen messen. Bei Reflexionsmikroskopen für Oberflächenmessungen ist die axiale Auflösung jedoch noch durch die Objektive begrenzt. Zur Lösung des Problems werden die Direct-imaging DOEs vorgeschlagen. Sie können Multi-Spot-Messungen mit hoher NA in Reflexionskonfigurationen sowohl in lateraler als auch in axialer Richtung durchführen. Experimente zeigen einen lateralen Kontrast bei bis zu 1448 lp/mm und eine axiale Auflösung auf einem Planspiegel mit einer vollen Breite bei halbem Maximum von 2,24 mm.