光源
光源是光学研究的基本条件，我国古代对热光源与冷光源，自然光源与人造光源等方面都有一些值得称道的知识。
在19世纪以前，人造光源基本上就是一团燃烧的明火。作为自然光源，当然是以太阳为最重要，在夜晚还有月亮。所以我国古代在甲骨文字中表示明亮的“明”字，就是日、月形象的组合。太阳实际上就是一团火。古人十分明确地指出：“日，火也。”月亮也只是太阳光线的反射，所谓“日兆月，月光乃生，故成明月”（《周髀算经》）。所以在甲骨文字里干脆把“光”字写作像是一个人举着一把火的式样。取火方法的发明，使人们比较自由地获得人造光源，那当然都是热光源。
在冷光源方面，不管对于二次发光的荧光还是低温氧化的磷光，我国古代都有不同程度的认识。西汉的《淮南子》最早记载了这件事，“俶真训”中所谓“木色翳……”就是指的荧光现象。东汉高诱注释这一段说：“……剥取其皮，以水浸之，正青……”。木的皮就是中药秦皮，含有秦皮甲素、秦皮乙素、秦皮甙及秦皮素等化学物质，能发荧光。其水浸液在薄层层板上确实可以见到紫色、浅黄色等荧光。《淮南子》的记载可以说是迄今所知对荧光现象的最早记载。《礼记·月令》中记载过腐败的草发荧光的事实，《礼记》成书可能也在西汉。在国外，直到1575年才有人从一种愈疮木切片的水溶液中观察到天蓝色光，但也还不知道它的本质。至于明确提出“荧光”一词的是1852年的斯托克斯（1819~1903）。
对于磷光，《淮南子·汜论训》说：“久血为磷。”高诱注云：“血精在地，暴露百日则为磷，遥望炯炯若燃也。”王充的《论衡》也指出：“人之兵死也，世言其血为磷。”这些看法是正确的。因为人体的骨、肉、血和其他细胞中含有丰富的磷化合物，尤以骨头中的含量为最高。在一定条件下，人体腐烂，体内的磷化合物分解还原成液态磷化氢（P2H4），遇氧就能自燃发光。《博物志》一书对于磷光的描写，尤其细微具体，它说：“斗战死人之处，其人与血积年化为磷。磷着地及草木如霜露，略不可见。行人或有接触者，着人体便有光，拂拭便分散无数愈甚，有细咤声如炒豆。唯静住良久乃灭。”这些记载，不再把磷火说成“神灯鬼火”，而能够细微地观察它，明确指出它是磷的作用，这不能不说是一种有价值的见解。沈括《梦溪笔谈》也记载了一件冷光现象。该书卷二十一“异事”说：“卢中甫家吴中，尝未明而起，有光熠然，就视之，似水而动。急以油纸扇挹之，其物在扇中晃漾，正如水银，而光艳烂然；以火烛之，则了无一物。”又说：“予昔年在海州，曾夜煮盐鸭卵，其间一卵，烂然通明如玉，荧荧然屋中尽明。置之器中十余日，臭腐几尽，愈明不已。苏州钱僧孺家煮一鸭卵，亦如是。物有相似者，必自是一类。”
沈括在本条中记述了化学发冷光与生物化学发冷光两种自然现象。前者是磷化氢（P2H4），液体在空气中自燃而发光；后者咸鸭卵发光是由于其中的荧光素在荧光酶的催化作用下与氧化合而发光，而其中的三磷酸腺甙能使氧化的荧光素还原，荧光素再次氧化时又发光，故“置之器中十余日，臭腐几尽，愈明不已”。
明代陆容《菽园杂记》卷十五也记载了荧光与几种磷光的现象：“古战场有磷火，鱼磷积地及积盐，夜有火光，但不发焰。此盖腐草生荧光之类也。”这里不仅记载了鱼磷发鳞光的事实，而且指出了磷光与荧光都是不发火焰的，因此可以归为一类。清代郑复光对此有一段很精彩的话：“光热者为阳，光寒者为阴。阳火不烦言说矣。阴火则磷也、萤也、海水也，有火之光，无火之暖。”认识又进了一步。
我国古代对于冷光光源的应用，首先是照明，著名的“囊萤”故事就是很好的史料。《晋书·车胤传》云：“（胤）博学多通，家贫不易得油，夏月则练囊盛数十萤火以照书，以夜继日焉。”事实上用萤火虫发出的冷光来照明，并不自车胤开始，早在西汉的《淮南万毕术》就有“萤火却马”的记载，据这段文字的“注释”说，那时的做法也就是“取萤火裹以羊皮”。所以五代谭峭的《化书》中曾言“古人以囊萤为灯”。大约在那个时候专门制备有一种贮藏萤火虫的透明灯笼。沈括《清夜录》记载这种称为“聚萤囊”的灯笼“有火之用，无火之热”，是一种很好的照明装置。到了明、清时代，人们把这种冷光源浸入水下以为诱捕鱼类之用。明代郎瑛的《七修类稿》记载：“每见渔人贮萤火于猪胞，缚其窍而置之网间；……夜以取鱼，必多得也。”清代的《古今秘苑》也说：“夏日取柔软如纸的羊尿脬，吹胀，入萤火虫百余枚，及缚脬口，系于罾之网底，群鱼不拘大小，各奔光区，聚而不动，捕之必多。”
特别令人感兴趣的是，古代曾利用含有磷光或萤光物质的颜料作画，使画面在白昼与黑夜显出不同的图景。宋代的和尚文莹在《湘山野录》一书记载过这样一幅画牛：白昼那牛在栏外吃草，黑夜牛却在栏内躺卧。宣帝把这幅奇画挂在宫苑中，大臣们都不能解释这个奇妙的现象，只有和尚赞宁知道它的来历，他说，这是用两种颜料画成功的，一种是用“方诸蚌胎”中的“余泪数滴”“和色著物”，就能“昼隐而夜显”；另一种“沃焦山时或风挠飘去，忽有石落海岸，得之，滴水磨色染物，则昼显而夜晦”。看来前者就是含磷光物质的颜料，用它来画栏内的牛，后者则是含萤光物质的颜料，用它来画栏外的牛，则显出了前述那种效果。这可说是熔光学、化学、艺术于一炉，堪称巧思绝世。考诸有关记载，这种技巧的发明至迟在六朝，或许可上溯到西汉，其渊源也许来自国外，至宋初几乎失传，经赞宁和尚指明，才又引起人们的惊异与注意，其术遂得重光，流传下来。后世有不少典籍记载这段故事，有的还有进一步的发展，例如南宋周辉的《清波杂志》曾记述这样一件事：画家义元晖，十分精于临摹，有一次从某人处借来一幅画，元晖临了一幅还给藏主，把原件留了下来。过了几天，藏主来讨还真迹。元晖问他是如何辨认出来的。那人说，原件牛的眼睛中有一个牧童的影子，此件却没有。看来，这牛目中的牧童影也是利用掺有磷光物质的颜料画成的，所以一到暗处就显出来了。这种技巧后来只在少数画家中私相传授，作成的画叫做“术画”。这种技艺，在欧洲是由英国的约翰·坎顿在1768年发明的。他采用煅牡蛎壳和硫磺粉的混合物，这比起我国六朝，要迟1200~1500年！
那么，光源是如何为人所见呢？对于这个过程的理解，也是光学史上一个重要的问题。在西方大致有两种说法：古希腊的德膜克里德认为视觉是由物体发射出来的粒子进入人眼而引起的；但另一派的恩培多克勒与欧几里得等人却认为，那是由于人眼射出某种东西同物体相遇才引起的。在我国战国时代对此曾有“目见”与“目不见”两种见解的讨论。《墨经》是主张“目见”说的。它认为人眼见物须有光源的照明。稍后的《吕氏春秋》中明确指出：“目之见也借于昭”。“昭”就是光亮。对这个问题讲得最透彻的是东汉王符的《潜夫论》，“赞学篇”说：“……道之于心也，犹火之于目也。中阱深室，幽黑无见，及设盛烛，则百物彰矣。此则火之曜也，非目之光也，而目假之则为明矣。”这可以说已经正确地道出了人眼见物的物理过程。
成像论
中国古代对于针孔成像、反射镜成像以及透镜成像有不同程度的发现与发明，其中有些成绩是当时世界独步的，甚至时至今日，仍然是十分令人感兴趣的。
针孔成像
最早记载针孔成像的是《墨经》。
《经》下第18条云：“景到，在午有端与景长，说在端。”
《说》云：“景：光之人，煦若射。下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成景于上；首蔽上光，故成景于下。在远近有端与于光，故景库内也。”
此条《经》文只简明地指出，针孔所成之像之所以倒立，原因就在于光线从针孔（“端”）交叉通过。《经说》力图从光的行进具体地说明倒像形成的机制。大意是说，发自人头部的光线，被遮去了上面部分，故成像于下；发自人足部的光线，被遮去了下面部分，故成像于上。由于《墨经》“景”字兼指“影”与“像”，所以特别指出，这里的“景”之所以是暗中光影，原因就在于针孔的存在。这个解释的出发点是光的直进，即《说》中所说的“煦若射”，用射箭来比喻光的直进是十分巧妙的，得到现代科学史家的高度评价。
由于《墨经》一度失传，人们对这一现象，例如通过屋壁小孔常常发现倒立的塔影等等，长期以来都得不到解释，甚至有人把它说成是“海翻”的结果，只有到了北宋的沈括才对它作出一番深刻的研究。他在《梦溪笔谈》卷三中说：“若鸢飞空中，其影随鸢而移，或中间为窗隙所束，则影遂与鸢相违，鸢东而影西，鸢西则影东，又如窗隙中楼塔之影，中间为窗隙所束，亦皆倒垂，与阳燧一也。”这里把通过针孔静物成倒像与运动体方向相反两个不同现象沟通起来，并且进一步指出这和凹球面镜之成倒像情况相似，同属一类现象。这种认识是十分深刻的。正因为沈括深刻地理解这个现象的实质，所以明确地断言，“影入窗隙则倒，乃其常理”，进而批判唐代段成式《酉阳杂俎》所说的“海翻则塔影倒”为“妄说”。自《墨经》到沈括1000多年，中间不见有人对针孔成像能作如此深入的理解。
沈括之后，宋末元初的赵友钦又进了一步，以设计巧妙的实验来研究针孔成像的各种情况。
针孔成像实验
他以楼房为实验室，分别在楼下两个房间的地面上挖两个直径为四尺多（此尺寸为当时的尺度，下同）的圆阱，右阱深四尺，左阱深八尺。根据实验需要，在左阱中可另放一张四尺高的桌子。作两块直径为四尺的圆板，每块板上密插着1000多支点燃的蜡烛，放入阱底（或桌面上）作为光源。在两个阱口分别用中心开孔的板加以遮盖。以楼板为固定的像屏。
如此别出心裁的布置是很有道理的。首先，蜡烛放在阱内，烛焰比较稳定；其次，光源被封闭在圆阱中，光线只能从板孔中穿出，这样使得观察比较容易，结果更准确；另外，在地下深挖圆阱，增加了光源与像屏之间的距离，使调节范围扩大。这个实验非但规模很大，而且具有对比性质，可变化物距，也可以（连续地）变化像距，亦可固定其余条件，变化其中一个进行观察，同时，使用了广延的、形状与强度可变的光源。这个光源的强度很大（若一支烛的光强度为l烛光，则总的光强度为1000烛光），因而可以在白天进行实验。总之，这个实验的构思是十分精巧的。
实验分五步进行：
步骤一：光源、小孔、像屏三者距离保持不变。
将四尺高的桌子放入左阱，则两阱深度相同。分别将那两块密插蜡烛的圆板放在阱底和桌面上，蜡烛都点燃着。在阱口各盖直径五尺而中心开方孔的圆板，左板孔宽一寸左右，右板孔宽一寸半左右。
以楼板为像屏，可以观察到两个“景”大小差不多相同，但浓淡（照度）不同。这说明当光源、小孔和像屏三者距离保持不变时，孔大者通过的光线多，“景”的照度大；孔小者通过光线少，“景”的照度小。他用光的直进加以解释：对一只蜡烛来说，光焰尺度可以与方孔的大小相比拟，只能成方像，此时不属于“针孔成像”；对于密集成圆形的1000多支蜡烛来说，光源尺度比方孔大得多，这时属于“针孔成像”，所成之像是圆形，也就是说，圆形像是许多个方形像叠积而成的。对于像的照度大小，他也能用光通量的多少加以解释。
步骤二：利用针孔成像来摹拟日月蚀。
首先把右阱烛盘上东部的蜡烛熄灭，天花板上的像只剩下西边一半，反之亦然。这表明针孔所成之像为倒立。
步骤三：改变像距。
另用两片大木板挂在楼板之下数尺处，作为像屏，即减小像距。这时所得周径较小而照度较大的像。它表明了像的大小与照度随着像距而变化，像距小则像赵友钦实验说明小而照度大，像距大则像大而照度小。原因何在？他认为：“烛光斜射愈远，则所至愈偏，则距中之数愈多。围旁皆斜射，所以愈偏则周径愈广。”他对照度变化作了解释：“景之周径虽广，烛之光焰不增，如是则千景展开而重叠者薄，所以愈广则愈淡，亦如水多则味减也。”这段解释隐含着：在通过孔窍射到像屏上的光通量一定的条件下，像越大（像距越大）单位面积所得的光通量——照度就越小。
最后，赵友钦还指出实验时要注意像屏不可倾斜，否则得到的像是“圆而长”——椭圆形。可惜的是他没有指出像的照度的变化跟倾斜角度的关系。否则可以定性地得到完整的照度定律。
赵友钦通过实验已经得到，照度随着光源的强度增加而增加，随距离的增加而减小。在国外，400年后德国科学家J.H.Lambert（1728~1777）才得出照度跟距离平方成反比的定律。
赵友钦实验说明
步骤四：改变物距。
拆去两块所悬的板，拿走左阱中的桌子，把燃点着的蜡烛放到阱底。这就是说，左阱物距增加四尺，所成的像小而狭。他说明这原因在于：“窍与烛相远，则斜射之光歙而稍直。光皆歙直，则景不得不狭。”至于照度，他说：“景狭则色当浓，烛远则光必薄，是以难于加浓也。”
步骤五：改变孔的大小和形状。
赵友钦对大孔成像（即明亮部分）很重视。他进一步作了实验：撤去复盖在阱口的两块板，换上直径一尺多的圆板，右板中心开边长为四寸的方孔，左板开边长五寸多的三角形，各以绳索吊在楼板底下，可以调整高低，目的在于同时改变像距与物距。当物距小时则像距大，物距大则像距小。此时把左面的蜡烛拼成圆形，右面的蜡烛拼成半圆形。抬头看楼板上的像，左面是三角形，右边是方形。可见这时像只随孔的形状而变化，不随光源的形状而变化。这就是大孔成像（明亮部分）。赵友钦从两个方面来解释这个问题：第一，尽管阱的直径大而板孔仍小，但阱底光源离板孔较远，故“远则（光源）虽大犹小”。第二，孔离楼板较近，“近则（孔）虽小犹大”，所以“方尖窍内可尽容烛光之形”。
由于蜡烛与像屏（楼板）的位置固定，孔距楼板越远，则所成的像（明亮部分）越大；反之，孔距楼板越近，则像越小。
小孔与大孔成像的区别主要在什么地方呢？他认为：“原尖小窍之千景，似乎鱼鳞相依，周遍布置；大罅之景千数，比于沓纸重迭不散，张张无参差。大则总是一阱之景，似无千烛之分，小则不睹一阱之全，碎砌千烛之景。”
赵友钦对针孔成像的研究，不仅实验精巧，而且有理论的解释，在古代实为不可多得，可惜的是，这个实验装置本身无法测量照度，调节也没有定量化。因此，它的一些结论同现代照度定律只隔着一条狭沟，却无法越过。
清代的郑复光，在前人的基础上又前进了一大步。他在《费隐与知录》中指出了针孔成像的另一个事实：如屏与孔相距很近，屏上成正像（光斑），渐远像变得模糊，再远才出现倒像。这是以往他人所不曾注意到的。在《镜镜詅痴》里，郑复光完全揭示了针针孔成像光路原理孔成象的全过程。光路原理如下图所示：当屏在O点之左，为正像；在O点极近处，模糊难辨；屏过O点向右运动，成倒像，而且变大而淡。把《费隐与知录》与《镜镜詅痴》之所述结合起来看，可以说郑氏不仅发现了前人所未发现的现象，而且给出了十分明确的解释。这是一项卓越的贡献。
我国古代，对针孔成像，不仅研究历史长，而且见解正确，所以应用也颇巧妙，这里只举出元代天文学家郭守敬发明的两件天文仪器，作为例子：仰仪。
第一件是“仰仪”。它犹如一口仰放着的大锅，锅口周沿刻着方位，内球面刻着赤道坐标网，从锅口向中心伸进一根竿子，竿端装有小方板，板上开着一个针孔。太阳通过小孔在内球面上成像：由此可以直接读出某个时刻太阳在天球上的位置。尤其是日食时，可以清楚地观测到日食的过程。
另一件是“景符”。原来，我国古代长期使用的圭表测景，存在很大的误差，其原因是由于空气分子与尘埃杂质对日光的漫反射，使影的端线模糊不清，以致影响了测量的精度。郭守敬一方面把表高增到三十六尺，并在表顶再用两条龙往上抬着一根直径三寸的横梁。这样可以相对地提高测影的精度。另外，他还加了一个部件，它是一片斜置的薄铜片，倾角可以调节，中心有一小孔，把铜片在圭面上移动到太阳、横梁、小孔三者适成一直线时，在圭面上正好可以看到太阳的像，并在像的中间横有一条细而清的梁影。利用这个景符针孔成像的装置，可以很精确地测得日面中心的影长。根据近人所作的模拟研究，景符架子若移动1.5—2mm，梁影切分太阳两半的对称程度即有明显的变化。可见这里对针孔成像的利用是十分巧妙的。值得指出的是，在古代观察太阳是相当困难的，用肉眼既不能直视，望远镜又不曾发明，经过弱反射面或半透明片，也嫌模糊不清。所以，通过针孔成像，在当时可以说是观察太阳运动及其亏食最为有效的方法。
反射镜成像
静止的水面是光的良好反射面，原始人类就能在平静湖面看到景物的倒像，所以，可以说，反射成像是人类最早能观察到的光学现象之一。远在殷代就知道利用静止的盘水作为照像的器具，这就是所谓“水监”（甲骨文中“监”如同一个人俯身向盛水的盘子里照自己的像），即后来所说的“水镜”。至殷周时期，青铜冶炼技术发展，能够铸造出金属反射面，这就是我国历史上沿用4000多年的铜镜。到了春秋战国时代，冶铸铜镜的配方已经规范化，即《考工记》所谓“金、锡半，谓之鉴燧之齐”。就是说铜一份锡半份构成的青铜合金，适宜于制作反射镜。据近人研究，这是相当合理的比例。它的颜色灰白，硬度较高，但又不很硬脆，不但适于铸造、研磨，而且对于可见光的反射率也比较高。从西汉《淮南子》中还可以知道，当时用氧化锡作为研磨剂进行抛光，使得镜面“须眉毫毛可得而察”，光学性能十分良好，无怪地下发掘出来的古镜，虽经千百年的腐蚀，仍然保持光辉不败。
我国古代的反射镜有平面镜、球面镜与不等曲率镜三类。
关于平面镜，《墨经》除了记载到用它来反射逆转太阳光线，造成“迎日”之影的实验外，还记载到它的一次成像与多次成像。
《经》下第21条云：“临鉴而立，景倒。多而若少，说在寡区。”
《说》云：“正鉴：景寡。貌态、黑白、远近、杝正，異于光。鉴：景当俱；就、去，亦当俱，俱用北。鉴者之臬，于鉴无所不鉴，臬之景无数，而必过正。故同处其体俱，然鉴分。”
此条前半部是说把平面镜水平横置，物体（臬—短木）直立其上，所成之像，只有倒立的一个，即《经》所说的“临鉴而立，景倒”。这个倒像的形态、颜色、离镜的远近、正斜，都决定于物体的光。物体位置与像的位置对于镜面呈对称状，物体移动，像反向移动，但仍保持对称关系，这就是《经说》从开头至“俱用北”一段的意思。这里能够抓住平面镜成像的对称特点，是十分可贵的。后半部说到两枚平面镜相向水平放置，把短木置于二镜中间重复成像的情况，这时所成之像虽尽多（无穷个），但全部相同，没有区别，故《经》说“多而若少，说在寡区”。《经说》解释：短木在每枚镜子里都成像，而像又在镜子里成像，所以有无数个像，但必定是倒像。
这种平面镜成复像的讨论，在战国时代也许不只这一条，例如在《庄子》里可能也有涉及，只是佚失了，但还留下一条注释说“鉴以鉴影，而鉴亦有影，两鉴相鉴，则重影无穷”。用它来做上条《墨经》的注释是很合适的。更令人感兴趣的是，这种光学现象竟在西汉时期就被应用起来。《淮南万毕术》云：“高悬大镜，坐见四邻。”东汉高诱注云：“取大镜高悬，置水盆于其下，则见四邻矣。”这显然是根据平面镜重复成像的光学设计潜望镜雏形。就基本原理上说，它已经类似于开管潜望镜，这种装置后世也有传流，有的被用来搞幻术，《万花筒》的发明实际上也是这些装置的发展。
球面镜还分凸面镜与凹面镜。
凸面镜是光线的发散镜，它所成之像，必是一个正立缩小的虚像，所以《墨经》第23条只用“鉴团，景一”四个字把它的成像规律概括了。《经说》：“鉴：鉴者近，则所鉴大，景亦大；其远，所鉴小，景亦小。——而必正。景过正，故招。”说的是正像的大小与物距的关系，是正确的。正由于凸面镜能成缩小正像，故一枚小小的凸镜可以看到大范围的景物，所以古人常常使照像用的铜镜略呈凸面。1976年在河南安阳出土的一面商代晚期的铜镜，镜面就呈微凸，可见凸面镜的历史是很长的，正如北宋苏轼所说的，“镜心微凸”，“照人微小，古镜皆然”。但是从远古以至北宋，其间历经二三千年，人们大概由于凸面镜成像的像差比平面镜大得多，竟然反而忽视了它的优点，甚至将凸面镜的镜面磨平，沈括对此有一段十分感慨的话：“古人铸鉴，鉴大则平，鉴小则凸。凡鉴洼则照人面大，凸则照人面小，小鉴不能全纳人面，故令微凸，收人面令小，则鉴虽小而能全纳人面。仍复量鉴之小大，增损高下，常令人面与鉴大小相若，此工之巧智，后人不能造，比得古鉴，皆刮磨令平，此师旷所以伤知音也。”这段议论是完全正确的，再一次反映了沈括走在时代前头的科学才智，至于凹面镜，是光的会聚反射面有一个实焦点，成像情况比较复杂：物在球心之外，所成之像是倒立缩小的实像，在球心与焦点之间；物在球心与焦点之间，所成之像是倒立放大的实像，在球心之外；物在焦点之内，所成之像为正立放大的虚像，在镜后。对于这种规律，《墨经》第22条说得很清楚：“鉴洼，景一小而易，一大而正，说在中之外、内。”这是实验者从远处向着镜面走来，观察并记录自己的像，这里的“中”指焦点至球心一段距离。当人在球心之外（“中之外”）看到自己缩小的倒像（“一小而易”）；当人在焦点之内（“中之内”）看到自己放大的正像（“一大而正”）；当人在焦点与球心之间，所成之像在人的背后，不能为观察者自己所见，所以《经》文中没有记载。这条《经说》对《经》作了补充，但还有一些文字尚得不到确当的解释，有待继续研究。
凹面镜成像《墨经》以后，对凹面镜成像虽然有些实验，但没有多大的创见性，经历1000多年后，到了北宋沈括才有进一步的贡献，《梦溪笔谈》卷三说：“阳燧照物皆倒，中间有碍故也，算家谓之‘格术’。如人摇橹，臬为之碍故也……，窗隙中楼塔之影，中间为窗所束，亦皆倒垂，与阳燧一也。阳燧面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。其无所见处，正如窗隙、橹臬、腰鼓碍之，本末相格，遂成摇橹之势。故举手则影愈下，下手则影愈上，此其可见。”并说：“阳燧面洼，向日照之，光皆聚向内，离镜一二寸，光聚为一点，大如麻菽，著物则火发，此则腰鼓最细处也。”
沈括记载得很忠实。当手指在焦点之内，所成的像是一个正立的虚像。当手指渐渐远离镜面，移至焦点时，成像在无穷远，就“无所见”了。当手指移至焦点之外，就成为倒立的实像了。沈括的实验方法，跟《墨经》所记的实验不同，他把物体与观察者分开，因而能够发现一个特殊点（即焦点），它是正像和倒像的分界点。这是一个十分重要的进展。此外，沈括还指出凹面镜成像和针孔成像有某些相似之处，并且用生动易懂的比喻来说明物与像的位置的相对关系，以及针孔和焦点的作用。这些都说明了沈括对问题研究的深入。
这里特别值得注意的是，他说当时把研究诸如球面镜成像的学问，称之为“格术”。看来那一定是一种专门的理论，可惜至今未曾发掘出来，也许失传了，这是十分令人惋惜的！
我国古代还有一种十分奇妙的反射镜——“透光镜”。
“透光镜”的外形跟古代的普通铜镜一模一样，也是金属铸成的，背后有图案文字，反射面磨得很光亮，可以照人。按理说，当以一束光线照到镜面，反射后投到墙壁上，应当是一个平淡无奇的圆形光亮区。奇妙的是，在这个光亮区竟出现了镜背面上的图案文字，好像是“透”过来似的，故称“透光镜”。上海博物馆珍藏的一面西汉透光镜，背面有“见日之光，天下大明”八个字，甚至连同花纹都“透”在那个光亮区之中，清晰可见。这实在是令人难以设想的事。不但我国历代科学家都研究它，近代国外许多科学家也感到惊奇，把它叫做“魔镜”，纷纷研究它，企图揭开这个谜。在19世纪一段时间曾引起热烈的讨论，但是都没有得到满意的回答：近几年，我国科学工作者运用现代科学技术手段对透光镜进行研究，获得了可喜的成就。
我国现在出土的铜镜数量很大，其中秦以前的较多，但并没有逐枚进行“透光”试验，所以不能肯定这里面一定没有透光镜。在宋代，沈括家藏一面透光镜，背后的文字“极古”，以致这位博学精深的学问家也不认识。如果不是镜工作伪，那可能是很古老的遗物。上海博物馆珍藏的一面已确定为西汉的遗物。西汉以后，民间能制造的逐渐多起来。到了清代，江浙一带的镜工也能制造出来，并传到日本。至于文字记载，隋代的小说《古镜记》里，叙述到一面“古镜”，当“承日照之，则背上文画，墨入影内，纤毫无失”。这里说的显然就是透光镜了。宋代沈括对所藏的透光镜记载得十分详细，此后历代文人记载、题咏就更多了。
铜镜是如何“透光”的？最早作这方面研究和记录的是沈括。他在《梦溪笔谈》里记载说：“世上有一种透光镜……把镜子放在日光下，背面的花纹和二十个字都透射在屋壁上，很清楚。有人解释说，由于铸镜时薄的地方先冷，背面有花纹的地方比较厚，冷得较慢，铜收缩得多一些，因此，文字虽在背面，镜的正面也隐约有点痕迹，所以在光线下就会显现出来。我考察了一下，认为这个道理是对的。我家有三枚这样的镜子，又看到别家收藏，都是一样，花纹铭字丝毫没有差异，样式很古，唯有这种镜子能够透光，其他一些镜子，即使是薄的，也不能透光，想必古人另有制造的方法。”这里面，沈括解释“透光”的原理，主要一点就是“文虽在背，而鉴面隐然有迹”。这是十分正确的。因为镜背有花纹，致使镜面也呈相似的凹凸不平，但起伏尽小，肉眼不能察见。当它反射光线时，由于长光程放大效应，就能够在屏幕上反映出来。这个道理，清代物理学家郑复光也作了十分贴切的说明。他指出：静止的水面是很平的，但经它反射的光线投到墙壁上，也看到有点动荡，就因为水面实际上存在起伏的波纹。这个说明是多么形象而确切，以致在本世纪30年代英国物理学家布拉格讨论“透光镜”时，对这个问题也作这样类似的说明。
古人究竟用什么方法使铜镜的正面能有相似于镜背的花纹痕迹呢？据沈括记载，宋代以前的人认为，那是因为镜背上有凸出的花纹，故各处的厚薄不同，铸造时冷却有先后，收缩程度有差异，因此形成镜面“隐然有迹”。这个解释为沈括所同意，本世纪许多外国科学家也都表示首肯。1975年复旦大学光学系和上海博物馆，还用实验方法证明它是正确的。但是元代的一位考古学家名叫吾丘衍，提出另一种解释。他说是在镜面用另一种铜料嵌入一幅和背面完全相同的花纹图案，然后磨平，镜面就能“隐然有迹”。这样，镜面各部分反射光线的能力大小不一样，所以反射的光亮区中就可以看到花纹图案了。这个解释也是通的，而且吾丘衍曾亲眼看到有人为了验证其说，不惜打碎一面透光镜来检查，证明属实。后来，明代科学家方以智，支持这个解释，并加以补充，言之凿凿，不容置疑。除了这两种制法以外，还有一种方法，就是铸成铜镜后，用一根压磨棒在镜面上刮擦压磨，薄处受压磨，向一边稍微鼓起，压力去掉以后，这些薄处仍稍凸出，如以汞膏磨镜，更可使薄处稍稍膨胀而更加鼓起，因而镜面也就“隐然有迹”了。这个方法传到日本，他们至今还在用以制造出透光镜来。欧洲依法试制，也得成功。由上述可知，我国古代制造透光镜的方法是多种多样的。不管用哪种方法，要制成功透光镜，工艺要求都是很高的。在古代能够做到这个地步，实在令人惊叹不已。可惜在封建社会里，人们为争饭吃，对这种绝招“终秘不宣”，使透光镜的制作技艺失传，真是可惜可叹！
最后，介绍一下国外对透光镜的研究情况，以作为对比，可能是有趣的、有益的。日本在江户时期以后，相当于我国明朝的时候，已制造有透光效果的“魔镜”，到了明治初期（相当于我国清朝后半期），“魔镜”比较普遍。西方人最早接触透光镜是在1832年，普林赛泊在印度加尔各答偶然见到，就在《亚洲学会杂志》上作了介绍。英国物理学家布儒斯特（1781~1868）认为这种“透光”效应是由于镜面各部分金属密度不同所致，这种见解和我国吾丘衍等人所见略同。1844年法国科学院接受法国天文学家阿拉果（1786~1853）赠送的一枚透光镜，从而引起了欧洲各国科学界的热烈讨论。1847年圣·朱利恩、塞甘耶和珀松等人发表过一系列议论。其中，朱利恩还引述了周密和吾丘衍的记载。不过，这两面透光镜究竟来自中国还是日本，尚不清楚。值得注意的是，珀松的论文题目是《中国魔镜考释》。但此后国外研究透光镜的大多以日本“镜”为对象。较早研究日本魔镜的是英国人爱尔顿和伯力。他俩在19世纪80年代在日本教育界服务，看到过当时日本镜匠用刮磨法制作“魔镜”的情形。他们于1878年在《皇家学会会议录》上发表《日本魔镜》一文，将旅日所见和自己的实验情形公诸于世。在他们的影响之下，日本学者也作了不少研究。在这许多论文中，大多主张透光效应是由于镜面曲率差异所致。至于曲率差异的成因问题，也一直在进行探索。意大利的哥维与法国的伯尔坦、杜博施克等人都进行过很有成效的研究，但都没有作出权威性的结论。总之，透光镜之谜使欧洲科学家们争论了足足一个世纪。1932年布拉格在《光的世界》一书中作了总结性的论述，其中对日本魔镜的研究堪称深刻。
透镜成像
透镜属于折射类的光学元件。我国古代对于折射现象的研究，相对来说，比较薄弱，这或许同玻璃制造业的发展迟缓有关。不过，关于透镜的聚焦与成像方面也还有一些十分奇特的创造。
我国在秦汉时期究竟有没有研制出玻璃或水晶质的凸透镜，科学史界还有不同的说法，不过，《管子》里有所谓“珠，阴之阳，故胜火”的说法。据唐人的解释，那可能就是指利用圆形透明体——珠，对日聚焦取火。这或许不是不可能的。但看来这种取火方法比较难以成功，所以不会很普遍地使用。难怪西晋的张华也只说“以珠取火，多有说者，此未试”。到了唐代，从国外输进了一些聚焦性能良好的透镜，使用才比较多起来。
另一方面，我国在西汉时期就以冰来制造凸透镜用以对日聚焦取火，《淮南万毕术》云：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影则火生。”这实在太奇妙了，以致不少人觉得难以置信。清代的郑复光就是一个，他亲自动手加以试验，结果“亲试而验”。第一次在1819年，他选取透明度好的冰，用手工削制，表面“甚难得圆”，实验不成功，继而想到一个很巧妙的办法：用凹底的锡壶，充以热水，放在冰块上旋转，得到了形状很好的凸透镜，口径3寸，焦距2尺，对日聚焦，竟可以使“火煤”着火，实验成功了！后来他又改进了实验数据，取口径为5寸，焦距为1.7尺。这个数据更加理想了。
根据光学原理，设口径为D，焦距为f，则透镜的集光本领M＝（Df）2。据此，第一次实验，透镜的集光本领M1＝（D1f1）2＝（032）2＝0.023；第二次实验，透镜的集光本领M2＝（D2f2）2=（0517）2=0.09，比前者提高了约4倍。
外国也有用冰制透镜的，那是在17世纪，英国著名科学家胡克（1635~1703）在皇家学会表演过这个实验，引起了轰动。近年来，美国又有人用冰透镜作为照相机镜头，拍摄照片很成功，引起了人们极大的兴趣。
透镜对日聚焦也就是使太阳成像。用透镜来造成一般物体的像，我国古代似乎记载不多，但也有一件十分奇妙的创造——蝴蝶杯。
宋代何薳的《春渚纪闻》中记载一个名叫陈皋的人，得到一只从古墓中发掘出来的“玛瑙盂”，起初没有引起注意，只放在案头储水磨墨。一天突然发现水中有一条长约一寸的鲫鱼在游动，以为是打水时带进来的，不觉得奇怪。后来起了疑心，把水倒出来，根本没有见到鱼，把水再倒进去，那鱼又有了，用手去捉鱼又捉不着，真不知是什么宝杯。据说这个现象是作者亲眼见到的，而且宋、明典籍中也屡有记载。有的见到一朵花，也有的是见到别的东西。我国戏曲中，有一出流传很广的剧目就叫“蝴蝶杯”，它描写发生在明代的一个爱情故事，戏中男主角有一个奇妙的“蝴蝶杯”：只要斟酒入杯，就见蝴蝶在杯中翩翩起舞，杯中酒干，蝴蝶也就隐去。1979年，山西省侯马市的一个工厂科技人员，通过长期研究，仿制成功这种奇妙的杯子。它像个小巧玲珑的反口金铃，所以杯口截面比较大。这个反口金铃安在细脚的座上。杯外壁绘二龙戏珠等图案，杯口用金丝镶饰，杯内绘有几朵红花。杯底中央嵌装一枚凸透镜。
蝴蝶杯
（a）外表（b）没酒（水）时蝴蝶在透镜焦之外（c）盛酒（水）时蝴蝶在透镜焦点之内（d）光路图其原理大致如下：在杯脚里以细弹簧（游丝）装上一个彩蝶，只要杯受微小骚扰，彩蝶就能舞动。彩蝶的位置是在这枚凸透镜的焦点外的。在杯中无酒时，因彩蝶在凸透镜焦点之外，造成与人眼同侧的实像，人眼视之很模糊。当斟酒入杯时，这层透明的酒成了一枚凹透镜，凸透镜与凹透镜组合成为复合透镜。复合透镜的焦距比凸透镜的焦距大，彩蝶便落在复合透镜焦距之内，造成了放大的虚像，大约位于明视距离处。此时复合透镜起放大镜作用，故人眼很清楚地看到放大了的蝴蝶。因杯拿在手里，总要受到点骚扰，蝴蝶就翩翩起舞了。
这里古人实际上是根据复合透镜的原理，造成这种奇妙的性能！
大气光象
对于大气光现象的观测，是我国古代光学最有成就的领域之一。早在甲骨文中就有关于虹、霓、晕等天象记载，至周代，就有了任务明确、组织严密的官方观测机构，积累了“十煇”等大量天象资料，其中不乏有价值的光学史资料。下面介绍虹、海市蜃楼、视差与蒙气差等。
虹
我国在殷代甲骨文里就有了虹的记载，当时把虹字形象地写成，在周代的上半期，即公元前1066至前403年间，我国劳动人民已经有了这样一条经验：早晨太阳升起时，如西方出现了彩虹，天就要下雨了。《诗经》就记载说：“朝隮于西，崇朝其雨。”战国时期的《楚辞》里，记载虹的颜色为“五色”。东汉蔡邕在《月令章句》一书中，也说到虹的生成条件及其位置规律。他说：虹是生成于和太阳相对方向的云气之中，没有云就不会见到虹，但阴沉天气也不会形成虹。这些说法，尽管是十分表面的，但基本上是正确的。先秦时代，还有人企图以当时的阴阳哲学理论去解释虹的生成。《庄子》里说：“阳炙阴为虹。”我们知道，虹的生成条件是阳光和水滴群。在阴阳理论里，太阳属阳，水属阴，把阳光照射水滴，说作是“阳炙阴”，是能够自圆其说的。当然，这并没有说到色散的本质上来。不过也可以看到，古人对待科学问题具有独特的思想方法。
到了唐代，人们对于虹的认识就大大前进了一步。当时已经知道虹是太阳光照射雨滴而生成的。孔颖达（574~648）写的《礼记注疏》中，在《月令》“虹始见”条下就记载说：“若云薄漏日，日照雨滴则虹生。”这里已粗略地揭示出虹的成因。当然，跟现代严密而完整的解释相比，尚有较大的距离。但在1300多年前就能提出这样的解释，实在是足以自豪的。在欧洲，英国科学家培根（1214~1294）最先发现虹是由太阳照射雨滴反射而成的，比起我国来迟了600多年。至于比较严密的解释，直到17世纪才提出来。
还应特别提到的是，我们祖先非但最早对虹的成因作出了解释，而且创造过一个“人造虹”的实验。我们知道，当山间瀑布下泄，水珠四溅，日光照射，即成七彩，犹似虹霓之状，这是人们所容易发现的。唐初诗人张九龄的《湖口望庐山瀑布》诗中就有“日照虹霓似”之句。在这种现象启发之下，使人们想到能不能人为地造成虹霓之状呢？唐代张志和写的《玄真子》（公元772年前成书）一书中就记载说：“背日喷乎水成虹霓之状。”意思是说，背着太阳向空中喷水，就可以看到虹霓现象。这个实验确实是很有意义的。这是人们有意识进行的一次白光色散实验，它直接摹拟了虹霓现象，不但可以验证关于虹的成因的解释，而且给了历史上关于虹的种种迷信邪说以毁灭性打击。唐以后，不断有人做这个实验。比如宋代蔡卞，他在《毛诗名物解》里记载说：“以水喷日，自侧视之，则晕为虹霓。”这里的“自侧视之”，确实指出了观察要领，是很正确的。
除了虹霓以外，还有许多色散现象，在唐宋前后不断被发现并记载下来。这不但丰富了人们对色散的认识，而且有助于对虹霓成因的解释。首先，人们深入观察了单独一个水滴的色散现象。南宋时代程大昌在《演繁露》一书中记载着一个很有趣的现象。他说：“凡雨初霁，或露之未晞，其余点缀于草木枝叶之末，欲坠不坠，则皆聚为圆点，光莹可喜，日光入之，五色具足，闪烁不定，是乃日之光品著色于水，而非雨露有此五色也。”就是说，当雨过天晴或露水未干的时候，沾于树枝草木之端的水滴，由于表面张力的作用，总是结为亮晶晶的圆珠之状。仔细观察其中一个小水珠，在日光照射之下，可以显出五颜六色，这就是白光经过水珠折射反射之后的色散现象。程大昌能够仔细地深入观察这种现象，是很难得的。更重要的是，他从中得出的结论是很科学的。他说这种颜色，不是水珠本身所有，而是“日之光品著色于水”。这就指出了太阳光之中包含有数种色光，经过水珠的作用可以显出五色来。这可以说接触到了色散的本质问题。应当指出，搞清楚单个水滴的色散现象，为解释水滴群映日成虹现象提供了更扎实的基础，其意义显然是很大的。
另一方面，我国从南北朝时代开始，就发现了某些结晶体的色散现象。那时的著作《金楼子》里记载着一种叫君王盐或玉华盐的透明自然晶体，“及其映日，光似琥珀”。“琥珀”颜色呈红、黄、褐诸色，就是说白光通过晶体折射后呈现出几种色光来。这是关于晶体色散的最早记录。后来记载这种现象的就更多了，什么“菩萨石”、“放光石”之类，都能够看到“日中照出五色光”的现象；有的还直接写作“日照之，成五色，如虹霓”。但在北宋以前对这种现象不大了解，所以有一些不切实际的说法，例如北宋的杨亿，一方面正确地记录了峨嵋山“菩萨石”的“日射之，有五色”的现象；另一方面却又认为那是因为峨嵋山有“佛光”的关系，这当然是不对的。南宋的程大昌批判了这个错误。他根据“此之五色，无日不能自见”的事实，指出这并“非因峨嵋有佛所致也”。依他的看法，菩萨石的作用与小水珠的作用是一码事，同是“日之光品著色”的结果。这才是正确的解释。
从上面简单的介绍可以看到，我国古代对于虹的色散本质有相当深刻的认识，对于色散的现象有很多发现。明代科学家方以智在《物理小识》里，对这许多知识作了总结性记载。他说：“凡宝石面凸则光成一条，有数棱者，则必一面五色。如峨嵋放光石，六面也；水晶压纸，三面也，烧料三面水晶亦五色；峡日射飞泉成五色；人于回墙间向日喷水，亦成五色。故知虹霓之彩，星月之晕，五色之云，皆同此理。”他不但全面罗列了各种各样的色散现象，包括自然晶体的色散（峨嵋放光石），人造透明体的色散（水晶压纸和烧料水晶），水滴群的色散（峡日射飞泉与向日喷水）；更重要的是能够指出虹霓现象和日月晕、云彩等现象是相同的道理，都是白光的色散。
明代中期以后，我国对于色散的研究，又是一番情况。西方近代科学家渐渐输入，比如意大利传教士利玛窦（1552~1510年）来华，就带有三棱镜，并作过色散表演。后来我国一些学者努力翻译外国自然科学著作，其中也有色散方面的知识。但那些介绍往往不很正确，甚至清代科学家郑复光著的《镜镜詅痴》，其中对色散的论述也是不大明白的。我国最早正确介绍近代色散知识的是张福僖（？~1862）翻译的《光论》（1853年）。这本书对于棱镜的分光、折光、光的合成和色盘等均有所阐述，并以白光在水滴中的折射、反射发生色散的道理，去解释虹的成因，书中又以虹为实例来证明白光可分为七色。这样，使得人们的色散知识更加完整了。
海市蜃楼
海市蜃楼，亦称“蜃景”，是光线经过上下差异很大的空气层，发生显著折射与全反射时，把远处景物显示在空中或地面的奇异幻景，它常发生在海边与沙漠。我国古代对于海边的蜃景记载较多也较早，在汉晋的书上，把它说成是蛟龙吐气（即所谓“蜃气”）的结果。北宋苏轼指出，海市蜃楼都只是一种幻景。沈括也对山东登州经常出现的海市蜃楼作出忠实的记录：“登州海市，时有云气，如宫室、台观、城堞、人物、车马、冠盖，历历可见，谓之‘海市’。或曰‘蛟蜃之气所为’，疑不然也。”但也不曾解释成因。陈霆在《两山漫谈》（1539）中探讨了这个问题，他说：“城廓人马之状，疑塘水浩漫时，为阳焰与地气蒸郁，偶尔变幻。”这个见解是很有价值的。在这些基础上，清代学者揭暄、游艺用“气映”来说明蜃景的原理。揭暄注《物理小识》说：“气映而物见，雾气白涌，即水气上升也。水能照物，故其气清明上升者，亦能照物。”他们在《天经或问后集》中还说：“水在涯涘，倒照人物如镜，水气上升，悬照人物亦如镜。或以为山市海市蜃气，而不知为湿气遥映也。”这些说法有一个总的观点：水面既能反射成像，上升的气的界面也可以像镜子那样反射成像，以此说明蜃景的生成，是明确的。
视差与蒙气差
著名的“小儿辩日”故事，涉及到了深奥的光学理论问题。《列子·汤问》篇记载说：“孔子东游，见两小儿辩斗。问其故，一儿曰：‘我以日始出时去人近，而日中时远也。’一儿以日初出远，而日中时近也。一儿曰：‘日初出大如车盖，及日中，裁如盘盂。此不为远者小而近者大乎？’一儿曰：‘日初出则沧沧凉凉，及其中时热如探汤。此不为近者热而远者凉乎？’孔子不能决也。两小儿曰：‘孰为汝多知乎？”’《列子》相传为战国列御寇所作，可能是汉晋时期的伪书，不过此书多取材于周秦时代的事实，所以我们可以相信这个故事发生在2000多年之前。“两小儿”提出了一个复杂的光学问题，它涉及光的折射、吸收、消光、视差以及一些生理上、心理上的问题，不用说在古代，就是在今天，也还是一个相当艰深的问题。
据现代的研究，单就大气折光效果来说，晨昏太阳的视像不但不比中午的大，反而来得小。肉眼之所以有相反的感觉，主要是光感的错觉。现代有关方面的研究表明，这里大致有三个因素：①比衬原因：中午太阳孤悬太空，周围广阔无垠，遂觉其小，晨昏太阳接近地平，有景物陪衬作比，遂觉其大。②亮度原因：中午太阳亮度和周围悬殊，遂觉其小；晨昏太阳亮度与周围接近，遂觉其大。③生理原因：经验指出，中午太阳在天中，须仰首斜望，可觉其较小；晨昏太阳近地平，可以正看平视，就觉得其较大。
对于“小儿辩日”问题，从西汉开始就有人进行研究，例如天文学家关子阳、王充、张衡等人都发表过意见，其中说得最全面的大概算是晋代的束晳。他说：“……旁方与上方等。旁视则天体存于侧，故日出时视日大也。日无大小，而所存者有伸厌。厌而形小，伸而体大，盖其理也。又日始出时色白者。虽大不堪；始出时色赤者，其大则甚；此终以人目之惑，无远近也。且夫置器广庭，则函中之鼎如釜，堂崇十仞，则八尺之人犹短，物有陵之，非形异也。夫物有惑心，形有乱目，诚非断疑定理之主。”这里所谓“所存者有伸厌”就是指“生理原因”，“色白者，虽大不甚”，“色赤者，其大则甚”是指“亮度原因”，“物有陵之，非形异也”是指“比衬原因”。差不多把三个原因全部说明了。并且很明确提出视距离的变化与视象变化都是由于“人目之惑”，“物有惑心”与“形有乱目”。所以用肉眼观察“非断疑定理之主”。应当说，这不但已经相当圆满地解决了“小儿辩日”的问题，而且在大气光学中有一定的普遍意义，可以说是我国古代光学上的一项成就。
对于这个问题，后来也还有不少议论，其中后秦的姜岌又有新的创见，他用“地有游气以厌日光”去解释晨昏的太阳色红，中午的太阳色白。这实质上是一种大气吸收与消光现象。后来还有人提出“浊氛”、“烟气”、“尘氛”等词，都是指空气中悬浮着的水气、尘埃等微粒所构成的一种雾蒙，认为这些是太阳颜色变红的原因。
此外，我国古代对于“峨嵋宝光”、“北极光”等奇妙的光学现象都有不少珍贵的记载。
光学仪器
凡是利用光学原理进行观察或测量的装置，叫做“光学仪器”，例如上面提到的“表”、“仰仪”等，我们现在所介绍的是限于利用平面镜、球面镜以及透镜等光学元件构成的能控制光路的装置，这些仪器的研制，在我国大都是在明代以后。下面分述数种：
眼镜
元代之前的书上虽然也有一点很像是眼镜的史料，但都不甚确切。我国的眼镜大约是在元明时期从外国传入的。初传来时可能只用一片，拿在手里照视，叫做“单照”，至明代已有“合则为一，歧则为二”的双片眼镜，名叫“优逮”（叆叇）。当时眼镜极为稀珍、昂贵。到了清初，广东、苏州等地都自制眼镜，广州还出现了“眼镜街”。然后，杭州、北京、上海等地都相继出现眼镜店。故宫里面也专设“眼镜作”。眼镜品种也增加了，有各种度数的近视、远视、平光、上平下凸等，还有“随目对镜”，质量提高，售价下降，遂使眼镜得以逐渐普及起来。眼镜业在我国的兴起，培养了一批磨镜技工，对于光学仪器的研究与制造有很大的意义。
望远镜
在明清时代也称“远镜”、“千里镜”、“窥远镜”、“窥天镜”等，欧洲在1608年制造成功。明代后期，西洋传教士曾将望远镜带到中国来，明代的《帝京景物略》（1935）中曾仔细、具体地记载利玛窦携来的一架折叠式直筒望远镜的情况：“状如尺许竹简，抽而出，五尺许，节节玻璃，眼光过此，同视小大，视远近。”另一方面，在1626年，传教士汤若望与我国的李祖白共同翻译了《远镜说》，这是介绍望远镜的专书，但十分简略。过了3年，徐光启计划要制造3架，不知有否完成。不过1631年徐光启曾用望远镜来观测日蚀。这一年我国科学家薄珏创造性地把望远镜装置在自制的铜炮上。世界上采用光学仪器作瞄准器，还只是近几十年才有的。可见薄珏的创举是很有意义的。所以世界著名科学史家英国的李约瑟博士说：“不论薄珏是不是望远镜的独立发明者，但他应得到望远镜首先用在大炮上的荣誉。”后来，望远镜也被配置在天文观测与大地测量仪器上。继徐光启之后，李天经领导的“历局”也制造过望远镜。
在民间，最早研制成功望远镜的是孙云球，他曾经和一位近视朋友文康裔同登苏州郊外的虎丘山，使用自制的望远镜清楚地看到城内的楼台塔院，就连较远的天平、灵岩、穹窿等山也历历如在目前。文君看得出神，连称“好大本领！好大本领”。后来的黄履庄、谭学元等人都有过研制。郑复光在其所著的《镜镜詅痴》中对望远镜的种类（包括反射式望远镜）、结构、原理、用法与保养，介绍得十分详细，而且切于实际，后人给予很高的评价。
显微镜
简单的显微镜（放大镜）就是一片焦距合适的凸透镜。孙云球制造的“存目镜”，据通光显微镜说能“百倍光明，无微不瞩”，大概就是放大镜。他还发明一种“察微镜”，黄履庄也研制过“显微镜”，就名称看来也许是复式显微镜，但不能肯定。郑复光在《镜镜詅痴》中介绍过一种“通光显微镜”，基本上也还是放大镜，只是配上平面反射镜，能够减轻目力负担。西方的复式显微镜传入我国，可能是与望远镜同时，由于当时社会上对显微镜的需求，并不像望远镜那样迫切，所以输入量与国内的研制都比较少。
取景器与照相机
郑复光《镜镜詅痴》专门介绍过“取景镜”，不但有旧式的与改进式的，而且对于它的原理构造以及优缺点一一作出说明并附有装置图。这个取景器是在毛玻璃（或在透明玻璃上铺上白纸）摄取景物的实象。
取景器取景光路图
1.凸透镜2.镜筒3.平面镜
4.毛玻璃5.物体6.像几乎同时代的女科学家黄履（生于19世纪初叶）还创造性地把取景器和千里镜结合起来，制造出一种远程取景器（当时仍称“千里镜”）。据说“于方匣上布镜四，就日中照之，能摄数里之外之影，平列其上历历如绘。”这在当时虽然只用于作画，但实际上已含有天文照相机的特点。大概在1844~1867年之间，科学家邹伯奇（1819~1869）在《镜镜詅痴》所介绍的取景器的基础上，去掉反射平面镜，加上照相感光片和快门、光圈等部件，制成了照相机。在西方，取景器也是18世纪的事物，到了1839年才演变成照相机。
远程望远镜照相术的发明是在1839年，银版摄影法传入我国则已是1846年的事了。这在当时还是十分新奇的技术，甚至到了19世纪50年代以后，也只有几个外国摄影师在我国活动，对于摄影技术还都秘而不宣。但是邹伯奇远在1844年就开始研制照相机并且获得了成功。嗣后还摸索配制感光材料，又取得了很好的结果。他用自己研制的全套设备材料拍摄了不少的照片，这些照片成为我国目前所能见到的最早的摄影作品之一。其中一张现存于广州市博物馆，虽历时百余年仍然形象清晰，表明了邹伯奇研制的全套照相设备材料具有很高的质量。
探照灯
1765年，欧洲有人把反光镜装到路灯上，叫做反光灯。至于探照灯是俄罗斯的库里宾于1799年发明的，当时也不过是把光源置于凹面反光镜之前就是了。在我国，明末熊伯龙（1617~1669）撰的《无何集·天地类》就有探照灯的记载：“今之瑞光镜，阴阳凹凸，以烛贴凹一面，照壁如月，人以面承其光，其暖如日。火，阳气也，阳气之激射如此。”意思就是烛焰放在凹面镜附近的焦点上，烛焰所发出的光经凹面镜反射后，照到壁上，犹如月光照到壁上一般。从“以烛贴凹一面”一句来看，这凹面镜的焦距并不大，因而凹面镜的口径也必定有限。瑞光镜的光源是蜡烛，凹面镜口径又不大，再加上“照壁如月”的情况，可推想它是用作夜间照明的。不久，青年发明家黄履庄也制造出“瑞光镜”，最大的直径达五六尺。《虞初新志·黄履庄传》记载道：“制法大小不等，大者五六尺，夜以灯照之，光射数里，其用甚巨。冬月人坐光中，遍体生温，如在太阳之下。”其射程和辐射热量有些夸张渲染。
郑复光《镜镜詅痴》中介绍的聚光灯更加进步了，可能是国外传入的，或参考了国外的东西改进的。
明清时代我国民间研制的光学仪器还很多，例如“万花筒”、“映画器”、“西湖景”……等等，这些东西的研制也可能已经受到西方知识的启发。
从上面的介绍可以看出，光学是我国古代物理学中成就最多的一门。特别是《墨经》一书，实在是世界光学史上的瑰宝，它专论光学的虽然只有8条300余字，可是首尾衔接，记录了成影、针孔成像、日光反射、杆影的变化规律、平面镜成像、凹面镜成像、凸面镜成像等实验；涉及了光的直进、光的反射等许多几何光学基本问题。这8条在次序安排上十分科学，正如《墨经》光学知识最早的研究者之一钱临照教授指出的“从第一条影的定义起到第五条的光、物、影三者间复杂的关系为止，物理学中光学的论影的部分已完备了……第六条述平面镜中物和像的关系。第七条进而述凹球面镜中物与像的关系。第八条则述凸球面镜中物与像的关系。这样光学中论像的部分也就完毕了。影论、像论有了，几何光学的基础打下了，首尾具备了”。他还说：“就体制而言，俨然是一部完整的几何光学；就内容而言，是不尚空论，而是老老实实的实验记录……就年代而言，墨经比今日欧美学者所认为世界上最古的光学书籍，传说为欧几里德所写的光学一书，还要早。”“这样有条理的，完整的记载，文虽前后仅8条，寥寥数百字，确乎可称2000多年前世界上的伟大光学著作。”这些评论都是十分允当的，也论定了我们祖先对人类科学宝藏的贡献！
