Direct-imaging DOEs for high-NA multi-spot confocal surface measurement

Diffractive lens arrays with overlapping apertures can produce spot arrays with high numerical apertures (NAs). Combined with low-NA objectives, they can measure a large area with high lateral resolution. However, for surface measurements, the axial resolution of such setups is still fundamentally limited by the objectives. In this work, we propose a new design of diffractive optical elements (DOEs) to overcome this problem. The proposed Direct-imaging DOEs can perform 3D high-NA multi-spot surface measurements. Laterally, a non-vanishing contrast up to 1448 lp/mm is measured with a USAF resolution target. Axially, an average height of 917.5 nm with a standard deviation of 49.9 nm is measured with a calibrated step height target of 925.5 nm.

Diffraktive Linsenarrays mit überlappenden Aperturen können Spot-Arrays mit hohen numerischen Aperturen (NAs) erzeugen. Kombiniert mit LowNA-Objektiven können sie einen großen Bereich mit hoher lateraler Auflösung messen. Für Oberflächenmessungen ist die axiale Auflösung solcher Aufbauten jedoch immer noch grundlegend durch die Objektive begrenzt. In dieser Arbeit schlagen wir ein neues Design von diffraktiven optischen Elementen (DOEs) vor, um dieses Problem zu lösen. Die vorgeschlagenen Direct-imaging DOEs können 3D-Multispot-Oberfächenmessungen mit hohen NA durchführen. Lateral wird ein nicht verschwindender Kontrast bis zu 1448 lp/mm mit einem USAF Auflösungstest gemessen. Axial wird eine durchschnittliche Höhe von917.5 nm mit einer Standardabweichung von 49.9 nm bei einem kalibrierten Stufenhöhentarget von 925.5 nm gemessen.