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《梦溪笔谈》为笔记体裁，内含丰富的科学、技术文字。就光学而言，该书涉及油膜干涉色彩、衍射色彩、物体颜色及其透光之色、各种冷光（萤囊、腐烂鸭蛋发光，微生物发光与液态磷化氢的发光），总结了冷光本质“有火之用，无火之热”。特别是，在其对各种曲率的反射镜作出成像描写并解释中，首次对凹面镜的焦点与焦距作了记述：“离镜一二寸，光聚为一点，大如麻菽”；在光学上第一次提出了“格术”的物理概念，以此总括小孔与凹面镜成倒像的几何光路。这个概念对后来中国光学的发展起了极大作用。
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自《墨经》之后，人们对小孔成像现象作了大量记载，对其成倒像的原因、物与像大小关系、小孔大小对像的影响等都有所分析。小孔成像还成了诗人笔下的佳句。萧梁朝学者沈约《咏月诗》写道：“月华临静夜，夜静灭氛埃。方晖竟户入，圆影隙中来。”
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“圆影隙中来”正是对小孔成像的描写。“隙”是古代常用以描述小孔的用词，“圆影”是太阳的像。当太阳、佛塔、小孔与屏（墙壁）在一个恰当位置时，人们可在墙上看见远方佛塔的倒像。扬州东市塔影倒垂的“怪事”，从唐代段成式（约803～863年）记载以来，被宋元学者经常讨论，甚至吸引一些文人特意到扬州看塔之倒影。于是，宋朝末年宗室赵友钦作了一个大型光学实验，以检验小孔成像。这个实验记载于赵友钦著作《革象新书》卷五《小隙光景》中。
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实验在一个两层楼内进行。上层天花板上挂着活动影屏，可调节影屏的高度。下层分为两半室：一半置桌，桌上放光源，或不置桌，令光源置于地，从而加大光源与小孔距离；另一半作平台，使平台与桌面高等同。在这两层楼之间的楼板上开孔，其上可放置圆板，不同的圆板上开有大小不同、形状不同的小孔（如图2.2所示）改变光源的强弱、形状与大小、改变小孔形状及大小，改变像距，在各种不同条件下观察屏上像的大小、浓淡与形状。光源从几烛光到上千支烛光。赵友钦以此实验获得了小孔成像的诸多科学结论。诸如小孔时，像与光源形状同，光源强弱、物距与像距远近对像的浓淡之影响；大孔时，并无光源之像，而是如孔之形。相关的文字叙述充满几何意味，结论中得到光学中近似“照度”的概念。
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三、放大镜与潜望镜
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这两种镜都是中国人最早发明的。
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放大镜实际上就是一个凸透镜。当物体放在凸透镜焦点之内时，就可以看到一个放大的正立虚像。北宋晚期，刘跂（？～1117年）在其著《暇日记》中记述了侦刑官员在京城审讯囚犯时，遇不清的案牍卷宗便取出水精镜辨之。古代的微雕工艺品上刻有图画、诗词、甚至整卷佛经，其中“宫室人物、山水花木禽鸟，其细若缕”（陶宗仪《辍耕录》卷五《雕刻精绝》）。如此之“鬼工”，若无放大镜的使用，是断乎不能的。
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潜望镜是组合平面镜。汉代淮南王刘安（公元前179～前122年）组织编纂的《淮南万毕术》中记述道：“高悬大镜，坐见四邻。”汉代高诱注曰：“取大镜高悬，置水盆于其下，则见四邻矣。”从形态上讲，这是一种开管式潜望镜，是近代潜望镜的雏形。北周庾信（513～581年）在其《咏镜诗》中对此亦有描述：“玉匣聊开镜，轻灰暂拭尘。光如一片水，影照两边人。月生无有桂，花开不逐春。试挂淮南竹，堪能见四邻。”
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四、透镜及复合透镜
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中国传统的透镜是水晶透镜。玻璃透镜是西域传入的。水晶透镜又称“珠”，“水晶珠”。古代人也用它点火，而且有许多考古发掘的凸透镜。
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南唐道士谭峭（生活于10世纪）珍藏有四种透镜，分别称之为“圭、珠、砥、盂”。在其著《化书》卷一《四镜》中描述了它们各自的成像：“圭视者大，珠视者小，砥视者正，盂视者倒”。按此成像以几何光学知识推测，此四镜应分别为：平凸透镜（圭），双凸透镜（珠），平凹透镜（砥），凹凸透镜（盂）。谭峭是中世纪期间藏有透镜类型最多的人，并且对它们的成像一一作出了描述。
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将不同透镜组合在一起，就成为一种复合透镜。宋代人称谓的“鲫鱼杯”或“青华酒杯”就是其中之一。宋代何薳（生卒年不详）在其著《春渚纪闻》卷九叙述了鲫鱼杯。当杯内无水时，“鱼不复见。复酌水满中，须臾一鱼泛然而起。以手取之，终无形体可拘。”宋代一本佚名者所撰《真率笔记》也说：“关关赠俞本明以青华酒杯，酌酒辄有异香在内，或有桂花或梅或枣，视之宛然，取之若影。酒干亦不见矣。俞宝之。”
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这种酒杯是这样制作的：在杯内底放入一枚小小凸透镜，并在其焦点内嵌入一小片类鱼、类花的小物件。当杯内盛上酒或水时，就可见嵌入物的放大的虚像（如图2.3所示）。因为盛水或酒后，水或酒本身成了一片平凹透镜。凸透镜与水相接的凸面，也即是水底的凹面。虚像是凸透镜与平凹透镜的组合效应。近年，商家在杯内嵌入明星小照片，举杯饮酒，则见明星在杯内微笑之，酒兴由是大发。孰不知此乃祖宗近千年前之作品矣。
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讲到透镜，中国古代有一项成就远在欧洲人之前，这就是冰透镜的发明。用冰块做成透镜，并用它对日取火，至晚为汉代人所知晓。汉代淮南王刘安在《淮南万毕术》中说：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”值得注意的是，做冰透镜的冰块必须是天然冰。人造冰不能用，因其内有气泡。再则，造冰透镜方法极巧妙，不必刀削斧砍，只要将大金属壶装上温水，用它在冰块上压旋几转，一个大冰透镜立可做成。因为，传统的烧水用的壶，其底是个圆凹面。清代郑复光曾以此法造冰透镜。
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五、透光镜之迷
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“透光”镜，是青铜制造的平面镜。当其反射阳光时，反射光斑中显露出镜背文字与花纹。其魔幻如此，遂以为阳光穿过镜体，将镜背花纹一一映射，故称其为“透光镜”。
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众所周知，除紫外光外，在紫外线以内的长光程光不能透过青铜物质。透光镜的奥秘，就在其表面并不平整，而是与其背面相同，故于反射光斑中见背面的文字及花纹图案。
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如何制造透光镜使它能“透光”？
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宋代沈括首次揭开其秘密。他认为镜背图案使镜体厚度不等。由是，铸镜过程中因热胀冷缩令镜体收缩率不同，故镜面隐隐有同背面相似花纹，人眼不识，以阳光照之则显。元代吾邱衍认为是在镜面以稍浊之铜填补铸成的。清代郑复光则认为，铸镜中因需刮磨表面令其平整，因之，令镜面产生了与镜背相同的纹迹。经过近年实验，这些方法都能做成透光镜。
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据考古发现，早在战国和西汉时期已有透光镜。较早的文字记载见之于北周庾信的《镜赋》：“镜乃照胆照心，难逢难值。镂五色之盘龙，刻千年之古字。山鸡看而独舞，海鸟见而孤鸣。临水则池中月出，照日则壁上菱生。”最后一句所描述的正是透光镜的效果。
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此后，隋大业七至十三年间（611～617年），王度在《古镜记》中描述其镜“承日照之，则背上文墨尽入影内，纤毫无失”。
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然而，“透光镜”三字出现于唐代，清代冯云鹏兄弟辑录的《金石索》中有一唐代八卦镜，镜背铭文有“透光宝镜”等字样。宋代沈括在《梦溪笔谈》中说：“世有透鉴，鉴背有铭文。凡二十字。字极古，莫能读。以鉴承日光，则背文及二十字皆透在屋壁上，了了分明。”透光镜在历史上颇多，制造并不困难。清代郑复光在其著《镜镜詅痴》（约1835年成书）中专辟一篇讲《透光镜》，并说：