随着计算机技术与显示技术的快速发展,人类生活水平的提高,传统的二维显示已经难以满足人们的需求,三维立体显示成为了目前的研究热点,也是一个具有挑战性的难点,相关产业正在迅速发展但并未成熟。本论文对自由立体显示以及用于自由立体显示的新型光栅进行了研究,包括自由立体显示技术的基本原理和关键技术；对柱透镜光栅的光路进行了分析；研究了光学系统的像质评价理论,对各种类型的初级像差进行了分析。由于传统的用于自由立体显示的柱透镜光栅采用的是单透镜单元,因此在成像过程中存在较大的像差,本文借助ZEMAX光学仿真软件对柱透镜单元成像进行了仿真,验证并分析了其存在的各种像差,包括球差、慧差、像散、色差等。在基于柱透镜光栅立体显示技术之上,本文提出了复合透镜消像差的解决方案；对消像差复合透镜进行了理论分析,利用MATLAB软件对复合透镜参数间的相关关系进行了仿真,为设计复合透镜的参数提供了理论依据；利用ZEMAX软件对复合透镜成像系统进行了仿真,分析了其初始结构存在的各种像差,结果表明传统柱透镜成像像差中主要存在的球差与色差已得到明显改善。为了进一步减少其他像差,提高成像质量,本文利用ZEMAX软件设定评价函数,对复合透镜的初始结构进行了优化,分析了优化后的复合透镜各项像差。仿真结果表明,球差和色差进一步减小,场曲和像散也得到了一定的控制,优化后的复合透镜成像质量得到了全面的提高。利用复合透镜成像能有效减小像差,在自由立体显示技术对图像质量要求不断提高的情况下可以作为-个较好的解决方案,对提高自由立体显示的像质具有较大意义。