图像显示器在人们传递信息中起着接收的重要功能，而立体图像显示器再现场景的全部三维信息，显示出具有纵深感的图像，通过图像观看者可以直观地得到物体的现实分布状况。立体显示技术可以应用于军事、医疗、教育、娱乐等许多方面，日益受到世界各国的重视。针对现有多数立体显示器使用时需要佩戴眼镜，而裸眼立体显示系统存在技术复杂、容易引起视觉疲劳等问题，本文提出一套可供多用户裸眼使用的LED立体显示光学系统。主要工作和研究成果如下:1.对立体显示器的现状进行调查，了解到现有立体显示器的技术进展。通过研究各种立体显示方案的基本原理，分析它们各自的优势和缺陷。介绍普通显示器系统的主要构成，从寿命、光效、显色性、散热和环保等方面对LED与传统背光源CCFL进行比较分析，确定LED作为背光源的优势。2.有机结合短焦距的菲涅尔透镜、偏振技术、LED和自由曲面透镜组，构成厚度较小的裸眼LED立体显示系统；根据立体成像的物象关系，得到具体的系统参数；根据参数设计出菲涅尔透镜，使得光源发出的光线都能会聚到所有用户的双眼位置；分析背光照明的实际照明需求，使用数学模型来描述自由曲面透镜的结构组成，表示方法和计算方式。3.利用3D建模软件犀牛和光学软件TracePro建立LED光源的模型，根据已得到的菲涅尔透镜和自由曲面透镜参数在犀牛中建立模型，并分别导入TracePro中进行光线追迹，检验其照明效果；单元器件检验完毕后，再在TracePro中进行整体光学系统的仿真，结果表明，多个用户可以在不同位置同时接收到立体效果，并且互相不受干扰。采用的自由曲面透镜组将液晶屏背面的照度均匀度增加到0.7以上，提高了图像的质量，优化了立体显示的效果。液晶屏的用户观察面的平均亮度为406cd/m2，亮度均匀度约等于0.76，达到国家标准的要求。本系统结构紧凑，厚度较小，具有较强的应用价值，对立体显示技术的发展能够起到一定的引导作用。