为了提高透镜的散热能力,设计了一种新型全内反射(TIR)透镜,该透镜的出射面中央为自由曲面菲涅耳面.采用斯涅尔定律和全反射定律分别求解TIR透镜折射部分和反射部分自由曲面的面形.同时,采用一种菲涅耳透镜的普适设计方法将折射部分自由曲面转变成菲涅耳面.通过蒙特卡洛光线追迹模拟自由曲面菲涅耳TIR透镜的照明效果,结果显示:当光源尺寸为2mmx2mm时,其远场照度均匀性为82％,光效为96.6％,透镜质量为21.94 g.与未加菲涅耳面的TIR透镜相比,带自由曲面菲涅耳面的TIR透镜在光效仅下降2％,在照度均匀性未变的情况下,透镜质量减少了约20％.这说明对TIR透镜的自由曲面出射面进行菲涅耳化可明显地缩小透镜的体积和质量,缩短光线在透镜内部的光程,因此可有效提高透镜的散热效率和使用寿命,同时保持良好的照明效果.