有这样一面镜子，外形与中国古代铜镜一样。正面光亮照人，背面是文字及图案。让人更惊讶的是当一束光照到镜面时被反射到墙壁上，本来以为是一个平淡无奇的圆圈光斑，然而这个光斑内呈现的是背后的铭文及图案。这到底是利用了什么原理呢？才会让背面的图案以及文字显示到墙上。

西方称其为：“中国魔镜”

中国北宋著名科学家沈括在《梦溪笔谈》卷十九器用中描述了这种神奇的镜子，又名古镜，其被西方国家称之为“中国魔镜”。当一束光照到镜子，反射在壁上会出现图案及铭文被称之为透光镜。

而后这个“魔镜”反射出来的铭文写道：“见日之光，天下大明”。又被称为“见日之光”，它是西汉铜镜，直径有7.4厘米，重量净值50克。当时就因为它长得特殊，被古代奉为神物。

早已失传千年，虽然在上海博物馆有上万枚铜镜。但是能发现所谓的透光现象的却只有4枚，并且都出自汉代。

它怎么被发现只有4枚的呢？

在大家都在诧异时，为什么看着不透明的铜镜能透出它的背面图案而感到奇怪时，周恩来总理就请了上海博物馆的专家和上海交大等专家来研究。

经过多年的发现，原来并不是所有的西汉铜镜都和透光镜一样是魔镜。只有魔镜上有玻璃廓的才能透射背后的花纹，真的是如此吗？

什么是玻璃廓？

它就像是一个“保护神”，保护铜镜使镜面平滑光亮，照人映物，折射出一种宝光，“玻璃廓”一旦形成，镜面将永不锈蚀。至于它是经过什么材料涂上去的，还是特定的环境，自然形成的就不得而知了。但是可以确认的是有了玻璃廓才能透光。

从此之后，透光镜披上了一层神秘的面纱。无数的学者们想要揭开这困扰世界千年的古镜之谜，但是没有得到办法。简单说，就是没有人可以真正地复制出透光镜。

直到19世纪经过中西方学者大量的研究，终于明白了透光镜“透光”的谜底，但是却没有人能够证实，也就是没有人可以用实验来证明。

近20年来，我国相关人员终于破解了投影原理。
认为在铜镜的铸造过程中，纹饰部位和普通部位的厚度不一样，在铸造后打磨镜面时会发生弹性形变，造成肉眼无法区别的细小差异，光线在不同部位进行反射后便呈现出相应的明暗程度，就此形成了背部纹饰的投影。

而部分学者认为：透光镜背部浇铸图案使镜面在抛光过程中产生选择性应力变形，即镜面存在与背面图案相关的微小曲率变化，虽肉眼不可见，却能对入射光线进行选择性调控，从而产生特定的光分布图样。

像透光镜镜面这种表面各个位置曲率不同，且不具备回转/平移对称性的光学曲面，我们称之为自由光学曲面。

什么是自由光学曲面？

不同于传统光学透镜，自由光学曲面缺少平移或旋转对称，更具有灵活的数学描述形式，因此制造中需要用到昂贵的专业设备。

简单说就是非旋转非对称，面型自由的形状都可以称为自由曲面。与最佳拟合球体（BFS）偏差较大的离轴双非球面乃自由曲面。

比如以色列的研究人员发明了一种新方法，借助不同液体的浮力溶液塑造出了可固化的液体聚合物，免去了复杂的制造流程。采用这个新工艺，不到一个小时的时间就可以制造出粗糙度的亚纳米级的表面，堪比目前最好的抛光技术。

它有什么作用？

自由光学曲面顾名思义就是自由曲面在光学领域的应用。

采用自由曲面，除了增大光学系统视场、减小光学系统体积外，结合全铝光机系统架构设计（即镜片和机械结构都是铝合金材料），还可实现光学系统的低成本、快速制造（与3D打印技术结合）、无热化等。因此，除了改变人们的工作和生活方式外，自由曲面在航天航空等领域也有很大的帮助。

美国国家航空航天局展示的一个生态结构与功能Offner高光谱成像仪，设计实例，通过采用全自由曲面反射镜设计，将光谱成像仪的体积减小为全球面反射镜设计的1/50，大幅减少载荷发射成本，意义重大。

而哈勃的镜子就是双曲线弯曲的，这意味着它们比标准的卡塞格伦镜子具有更深的曲线，并可以在更宽的视野范围内提供更清晰的图像。

早在1993年自由曲面光学元件就被用于修复哈勃望远镜，由航天员携带到太空并安装到哈勃望远镜中，成功解决了哈勃望远镜因主镜加工误差导致的图像模糊问题，治疗了哈勃望远镜的近视眼。

这么说吧，在哈勃望远镜于1990年发射升空之后，就发现主镜存在一个称为“球差”的错误。镜子的弯曲度不到一米的百万分之一，也就是人类头发宽度的1/50。但这足以使哈勃望远镜的图像与应有的图像相比有些模糊。为了解决问题，自由曲面光学元件就被用于修复哈勃望远镜。

现今主镜的尺寸可以收集到比人眼多达40000倍的光，这意味着哈勃望远镜可以看到4000公里以外的行人走动的迹象。

避免了巨大的灾难性损失，自由曲面技术也因而得名。

自由光学曲面的特点：

其一、通过使用自由曲面这种非常紧凑的设计，可以实现更小的空间包络，使得重量更轻。

其二、可以减少光学表面的数量，因而增加产量。

其三、可以减少几何像差，通过平衡和控制，更好地改善光学性能（如图像质量，景深，视场等）。

其四、若系统具有偏心瞳孔或用于离轴，自由形式优于旋转对称的光学表面。

其五、可以进行定制优化，例如， 整体空间包络可以在一个方向上伸长，而在另一个方向上它可以保持狭窄，或者可以使用倾斜/偏心的部件使得像差得到平衡。

正如法国哲学家加缪所说，“自由应是一个能使自己变得更好的机会”。相信未来自由曲面技术也可以使我们的光学世界变得更加美好和绚丽。

就连我国国产手机华为都搭载了自由曲面镜头，此后被不少网友称为“高端旗舰标配”。

自由曲面镜头相比于普通镜头，其镜片的定点曲率半径更平，镜片表面是一种不规则自由结构，能够将边缘部分的额光学矫正，使其垂直达到传感器上，在物理层面根本性地解决光学畸变问题。

尽管到现在那面魔镜的秘密还没有被完全解开，但毫无疑问这是世界上难得一见的至宝。也让我们在这其中发现了自由曲面，这无疑不是一个进步。