超声显微系统因其独特的优点,在工业、医学、生物等方面得到了广泛的应用。对焦是超声显微系统在检测过程中的重要环节,但是,目前国内外超声显微系统自动对焦技术过于简单化,不能满足工业发展的需求。因此,设计一种快速、准确并且普遍适用的自动对焦技术具有十分重要的意义。针对目前超声显微系统自动对焦技术的不足,本文采用理论分析、数值仿真和应用实验研究相结合的方法,构建了自动对焦技术的理论模型,结合快速粗对焦和准确精对焦设计了自动对焦的方法并提出一种适用于薄层材料表面对焦的方案,最后通过仿真和实验验证了自动对焦技术的可行性。本文采用多元高斯叠加法仿真聚焦探头入射声场,发现入射声场在焦点处的能量最大。讨论了斜入射中反射、透射和波形转换带来的反射系数谱,其中小角度范围内材料表面的反射系数为实数,近似于直入射的反射系数值。运用射线法分析了不同位置压电换能器的接收情况,如果探头的压电晶片直径等于透镜的孔径,当材料处于焦平面位置时,换能器接收最多的能量。最后得出V(z)曲线的理论模型,总结出只有材料的界面处于探头焦平面位置时,回波信号幅值最大。基于自动对焦的原理,提出了快速粗对焦和准确精对焦结合的自动对焦技术方案。本文推导了粗对焦的一般公式并设计了粗对焦方案,提出了幅值法、Hilbert法和FFT法三种精对焦方法,其中FFT法在time-resolved(时间分辨的)声学显微系统中也可以准确地测量V(z)曲线,用于材料声学特性评价。薄层材料在科学和工程中起到了很大的作用,本文提出了一种新的方法用于薄层材料表面精对焦,仿真验证了方案的可行性。最后,本文对自动对焦技术的应用进行了研究并在自主开发的实验平台上进行了实验。实验结果表明,自动对焦技术能很好地应用于显微成像和材料声学特性的评价。通过对3种不同厚度铝薄板的实验,成功验证了薄层材料表面自动对焦方案的可靠性。