Mikroskope sind abbildende optische Systeme zur Betrachtung kleiner Objekte und Strukturen, die dem menschlichen Beobachter mit unbewaffnetem Auge verborgen bleiben. Nicht zuletzt durch das Wirken in Jena agierender Pioniere der Mikroskopie wurde das Erscheinungsbild derartiger Instrumente geprägt: ein zylindrischer Tubus von etwa 150 mm Länge mit einem Objektiv an einem Ende, welches dem Objekt gegenübersteht, und einem Okular am gegenüberliegenden Ende, durch das der Betrachter mit seinem Auge blickt.

Das entwickelte flachbauende Abbildungssystem verfügt über eine grundlegend andere Morphologie, greift jedoch Ideen des konventionellen Aufbaus auf und verfolgt denselben Zweck eines μικροʹς (klein) σκοπειˆν (betrachten).

Entgegen konventionellen Systemen verfügt das ultra-dünne Mikroskop über eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Abbildungskanälen, die jeweils einen Teilbereich des Gesamtobjekts mit einem Gesamtabbildungsmaßstab von 1 übertragen und aneinander lückenlos anschließende Teilbilder generieren. Das aus drei Komponenten bestehende System ist spiegelsymmetrisch zur Mittelebene, die gleichzeitig die Zwischenbildebene des Objektivs darstellt. Folglich sind die erste und dritte Baugruppe identisch, wodurch sich der Herstellungsaufwand deutlich reduziert. In der Baugruppe finden mikrooptische Asphären und Achromaten Verwendung, um chromatische als auch monochromatische Abbildungsfehler zu korrigieren und hohe Auflösungen bei möglichst großem Wellenlängenbereich zu realisieren.

Die laterale Ausdehnung der Arrays aus Abbildungsoptiken ist prinzipiell nicht begrenzt, so dass quasi beliebig große Objektflächen mit hoher Ortsauflösung ohne Notwendigkeit einer zeitlich sequenziellen Bildaufnahme (Scannen) betrachtet werden können. Die Multiaperturanordnung erlaubt damit zum einen eine deutliche Reduzierung der optischen Baulänge auf 5,3 mm und zum anderen die simultane Beobachtung großer Objektfelder mit einer Ortsauflösung von 5 µm.

Die Optimierung und Auslegung des Abbildungssystems erfolgte für Demonstratoren auf Basis eines Bildsensors mit einer aktiven Fläche von 6,6 × 5 mm² und weiterhin eines Vollformatbildsensors mit einer aktiven Fläche von 36 × 24 mm². Die sphärischen Linsen der Arrays wurden durch Reflow von strukturiertem Fotoresist und anschließender Abformung von UV-Polymeren unterschiedlicher Dispersion erzeugt. Die asphärischen Linsen wurden durch Ätztransfer mittels reaktiven Ionenätzens (RIE) in Kieselglas erzeugt und nachfolgend in UV-aushärtbare Polymere mittels wafer-basierter Replikationstechnik abgeformt.

Die Möglichkeit, große Objekte mit hoher Ortsauflösung simultan abzubilden, sowie der geringe Bauraumbedarf eröffnen Anwendungsmöglichkeiten in Bereichen wie Medizintechnik, Oberflächen- und Dokumentenprüfung.