数字化显微系统在临床医学、医药研发、系统生物学和环境学等方面都有强烈的需求。系统的对焦速度和分辨率决定着它的应用范围,对焦速度主要由两方面作用着:对焦的原理和运动的机构。本研究针对这两个方面进行了深入探讨,提出了主动对焦方法和基于压电陶瓷的运动控制结构。首先,本研究基于主动对焦原理,进行了系统光学设计和数学计算,并用Zemax进行仿真,之后根据仿真和计算的结构进行系统实物结构的设计和制造。然后,对主动对焦装置得到的激光光斑图像进行预处理和分析,提取出光斑的半径和质心位置等特征,探究光斑特征与系统离焦量的关系。最后,使用压电陶瓷来作为对焦的运动机构,并采用BP神经网络与PID控制相结合的方式来控制对焦运动,使用Simulink和ARM9分别进行仿真和实验,结果都达到了预期,提高了压电陶瓷运动的准确性。论文最后,基于主动对焦和压电陶瓷对数字化显微系统进行了整体设计和实现:对硬件各个模块进行了设计和采购,及进行装配;基于Microsoft Visual Studio 2010进行了软件开发及软硬件功能调试,最终实现了系统自动对焦。实验结果表明,采用新型对焦技术和运动机构能大幅度提高对焦速度,在一定程度上实现了本研究的初衷。