我国古代在光学方面的第一个重要成就就是墨家对光直线传播及针孔成像的研究，沈括等学者也对针孔成像作过研究，但真正将墨家的结论向纵深推进的，是元代的科学家赵友钦。赵友钦是宋王朝宗室成员，宋亡后隐居在江西德兴、浙江龙游等地，毕生从事学术研究，着有《革象新书》等很有价值的科技着作。他以系统的光学实验重新研究了针孔成像问题，得出了明晰精确的结论。

赵友钦的光学实验可分为先后两大类。首先，赵友钦利用有壁间小孔的暗屋子，对日月成像进行了观察。他观察到日光、月光通过壁间的小孔，小孔即使形状不同，所得到的像总是圆的; 日食时像的食分(亏缺程度)与太阳本身的食分完全相同，但亏缺方向相反; 小孔的大小也不影响像的大小，它只影响像的浓淡;如果将成像的屏移近小孔，像就缩小了，而像的亮度却增加了。他将小孔换作大孔，发现像的形状与孔的形状完全一样，且成的是正像 (如图1)。赵友钦认为，大孔、小孔成像不同，是由于“罅大(大孔)而可容日月之体”，所以最终形成的是孔的像，而小孔“不足容日月之体，是以随日月之形而皆圆，及其缺则皆缺”。

他的第二类实验是在一个二层楼房中进行的。他分别在楼下两个房间的地上挖两个圆井，左井深8尺，右井深4尺，于深井中放一张高4尺的桌子，每口井内均呈圆形放置1000支蜡烛。两井上均盖石板，左边开一个边长1寸的方形孔，右边开一个边长为1.5寸的方孔。两口井上方的楼板就成了两个固定的像屏(如图2)。通过实验，赵友钦发现： 一、若两井中蜡烛全部点燃，则楼板上各有一个圆形像，大小一致，但右边像亮一些。这是由孔的大小造成的。二、把右井中东边的蜡烛灭掉五百支，做“小景随日月亏食” 的模拟实验，结果发现楼板上缺了西边的半边像，这与在第一类实验中的日月食情况是一致的。三、灭去左井中的绝大部分蜡烛，只点燃二三十支，但仍呈圆形分布，这时像也呈圆形，但是图像是由一些互不联结的方像组合构成的; 再只点一支蜡烛，便只形成一个方形的像。四、在楼板下面悬挂一木板作为像屏，点燃井中所有蜡烛，发现所成的像比以楼板为屏时的像要小一些，但要亮一些。再撤去悬板，拿走左井中的桌子，点燃两边所有的蜡烛，可发现左边的像要比右边的像小，而且也淡一些。最后，赵友钦还研究了大孔成像问题，发现大孔成像形状与光源形状无关，只与孔形状有关，且像屏离孔近则像小而亮，否则便大而暗。

图1 光源通过大孔的情形

图2 小孔实验布置示意图

赵友钦对他的小孔成像实验作了总结： “凡景(像)近窍(孔)者狭，景远窍者广。烛远窍者景亦狭，烛近窍者景亦广。景广则淡，景狭则浓。烛虽近而衰者，景亦淡。”最终他得出结论： 物距、像距、光源强度及孔的大小都会影响像的大小与浓淡，它们“消长胜负”，综合影响最后成像的情况。赵友钦不但以严格的实验，再次证明了光的直线传播原理，而且涉及了光通量不变(照度与像距成反比)原理，实际上已踏入了物理光学的领域。即使放眼世界，他的研究当时也称得上是为人所未为。

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