用激光笔测量手机屏幕像素大小的方法

手机屏幕上的像素有多小？

如果用肉眼数一数，

恐怕眼睛还没数明白，

屏幕上的指纹倒是先看清楚了。

那么，有没有办法不使用显微镜，

就测出屏幕像素的大小？

今天，我们就试试用一支小小的激光笔，

给手机屏幕量量尺寸！

首先，找到用来固定激光笔和手机的支架，让它们位于同一水平高度。这里我们用所标杯作为激光笔的支架，但是高度不合适怎么办？可以拿出家中常备的量子力学拿出几本书，将支架调整到合适的高度。

第二步：

固定绿色激光笔，使激光照向屏幕，并用白纸接收反射光。注意只能让激光照射屏幕，不要让激光直接照射摄像头。低功率激光照射手机屏幕是安全的，但是可能损伤手机摄像头。

适当调暗房间灯光，仔细观察白纸上的光点。按直觉，激光照到一块屏幕上，白纸上应该只出现一个绿色光点。但实际情况并不完全如此。请看👇

看到了这两个衍射斑点的形状，就等于看到了两个电子设备的分辨率差距，衍射斑点间距越大，屏幕像素间距就越小，分辨率也就越大。具体的计算方式为手机的像素密度：平板的像素密度=手机的衍射斑点间距：平板的衍射斑点间距。计算可得，我们测量的手机的像素密度是平板的像素密度的1.6倍。从官网查阅电子设备的参数得到手机的PPI（每英寸的像素数）是460，平板的PPI是264，手机的像素密度约为平板的1.74倍，我们的测量结果比较准确。

可是，为什么光点之间的距离，能告诉我们手机屏幕里的像素有多大？我们又能否不局限于测量比值，而是直接测量手机的像素密度呢？

下面进入正经的原理解说时间！

像素到底有多小呢？

这里就要请出屏幕参数表里经常出现的一个词：PPI。

它是Pixels Per Inch的缩写，也就是每英寸长度上排列的像素数量。

1英寸等于25.4 mm，我们使用的iPad为264 PPI，所以像素间距为：

手机的官方参数为460 PPI，因此：

也就是说，手机屏幕的像素间距只有约55微米！如此微小的长度，普通尺子自然量不出来，但光可以帮助我们看到。这次实验的关键，是光的衍射和干涉。光具有波动性。当激光遇到周期性排列的微观结构时，不同位置反射、散射出来的光波会彼此叠加。某些方向上，光波互相加强，形成亮点。另一些方向上，光波互相抵消，形成暗区。于是，白纸上就出现了具有规律的衍射图样。

具有周期性排列结构的手机屏幕，在一定条件下可以充当一块二维反射光栅。在波长已知的情况下，只要测出衍射角，就能算出屏幕的周期结构有多大。

我们实验中是从水平方向斜入射的情形，水平方向的衍射斑间距S为：

其中R是光沿主要出射方向传播到墙面的距离，λ是光波长，d是光栅间距，θ是衍射角（光的主要出射方向与手机屏幕法线的夹角）。因此，光栅间距，也就是手机像素间距：

现在，终于可以拿出我们记录的数据：R=75 cm；波长λ从激光笔标签中读出，给波长范围取个中间值，520 nm；θ≈18°。

先来看看iPad，本次实验测得S1=0.4 cm，代入公式，计算得到d1≈107.8μm。PPI1≈235.6，而这台iPad的官方像素密度为264 PPI，二者相差10.8%

再来看看手机，本次实验测得S2=0.64 cm，代入公式，计算得到d2≈67.3μm。PPI2≈377.4，而手机的官方参数为460 PPI，二者相差18.0%。

本次实验存在众多不精确的地方，不过有作为估算参考的意义便足够了。毕竟，我们的实验不仅是为了算出一个数字，更重要的是理解这个数字为什么会出现，以及它究竟代表什么。

它已经向我们展示了一个有趣的物理现象：看起来光滑平整的手机屏幕，竟然可以像光栅一样，让一束激光产生复杂的衍射图案！有些东西虽然小到肉眼无法分辨，却并不代表我们无法研究它。只要理解它的规律，就有机会通过看得见的现象，探索看不见的微观世界。

其实，利用衍射来测量微小结构，并不是我们的独门绝技。在芯片制造中，工程师就会利用光的衍射和散射，检测晶圆上微小图案的尺寸、形状以及不同图案层之间的对准情况。这项技术叫做光学散射测量。

半导体晶圆

衍射的本领还不止于此，如果把可见光换成波长更短的X射线，科学家甚至可以利用晶体产生的衍射图样，研究原子排列以及晶面间距。

真实的X射线衍射点阵

从手机屏幕上的微小像素，到芯片上的精细线条，再到晶体内部的原子排列，都能借助衍射进行研究。

看不清的微小结构，可以通过它留下的衍射信号来测量。而我们今天用绿色激光照射手机屏幕，就是在用一套简单的装置，体验这种精密测量的基本思路。

我们每天都在使用手机，却很少认真观察屏幕内部那些肉眼难以分辨的微小结构。这次，我们利用一束激光，亲眼看到了手机中的微小结构带来的影响。希望你在看完这篇文章之后，知道了手中的手机有多清晰，能够刷手机刷的更开心。