... muss eine Fläche abgetastet werden die nicht größer als ein cm² ist
Wenn ich mich recht an meine Versuche mit US-Modulen erinnere...
Die haben nen Abstrahlwinkel von etwa 30° ...
und alles unter 1cm Abstand zum sensor bringt ohnehin keine Sinnvollen Werte.
Die Messgenauigkeit würde ich in der Praxis auf etwa +- 1-2mm einordnen.

Also fällt Schall für deine Anforderungen schonmal komplett weg.

Was ich mir vorstellen könnte wäre entweder eine Art Laserabtastung
oder irgendwas auf Visueller Technik.
Wobei du bei einer solchen Messgenauigkeit vermutlich nicht ohne irgendwelche optische vergrösserung auskommst.

Wie wäre es denn, so ein USB-Mikroskop zu verwenden und dann das Videobild zu verarbeiten ?