一支激光笔量手机屏幕：像素尺寸能测出来吗？

手机屏幕上的像素到底有多小？想靠肉眼去数，眼睛多半还没数清楚，屏幕上的指纹反倒先看清了。

那有没有不用显微镜、也能测出屏幕像素大小的办法？

这次就拿一支小激光笔，来给手机屏幕量一量尺寸。

先找支架把激光笔和手机固定住，让二者处于相同的高度。这次拿所标杯当激光笔的托架，可高度对不上怎么办？家里常备的书本就派上用场了，抽几本垫一垫，把支架抬到合适位置。

第二步：

把绿色激光笔固定好，让光束打向屏幕，再用白纸接住反射出来的光。要留神，激光只能照屏幕，别直接照到摄像头。低功率激光打在手机屏上是安全的，但可能把摄像头弄坏。

把房间的灯调暗一些，盯着白纸上的光点看。按直觉判断，激光打到一块屏上，白纸上该只有一个绿点。实际情况却不全是这样。往下看👇

两个衍射斑点形状一亮出来，两台电子设备的分辨率差距也就摆在眼前了：斑点间距越大，屏幕像素间距越小，分辨率越高。算法是手机的像素密度∶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。算下来，测得的手机像素密度是平板的1.6倍。查官网参数，手机PPI为460，平板PPI为264，手机约为平板的1.74倍，测量结果算是比较准。

问题是，光点之间的距离凭什么能说明手机屏幕像素有多大？能不能不止算个比值，直接把手机的像素密度量出来？

下面进入正经的原理解说时间。

那像素究竟小到什么程度？

屏幕参数表里常出现的一个词就能回答这个问题：PPI。

PPI是Pixels Per Inch的缩写，意思是每英寸长度内排布的像素个数。

1英寸折合25.4 mm，我们手头的iPad为264 PPI，据此可算出像素间距：

手机官方参数标的是460 PPI，于是有：

算下来，手机屏幕的像素间距只有约55微米！这么短的长度，普通尺子根本量不了，但光能帮上忙。这回实验靠的是光的衍射和干涉。光本身具有波动性。激光打到周期性排列的微观结构上时，不同位置反射、散射出的光波会相互叠加。在有些方向上，光波彼此增强，冒出亮点；在另一些方向上，光波相互抵消，留下暗区。结果，白纸上就浮现出有规律的衍射图样。

手机屏幕的像素呈周期性排列，满足一定条件时就能当作一块二维反射光栅来用。波长已知，只要量出衍射角，屏幕周期结构的大小便可算出。

本次实验中，光是从水平方向斜着射入的，水平方向相邻衍射斑的间距S为：

式中R指光沿主要出射方向传到墙面的距离，λ为光波长，d为光栅间距，θ是衍射角，即光的主要出射方向与手机屏幕法线之间的夹角。由此，光栅间距也就是手机像素间距可写成：

到这里，终于能亮出我们记下的数据了：R=75 cm；波长λ从激光笔标签上读取，取波长范围的中间值，520 nm；θ≈18°。

先看iPad，本次实验测得S

再看手机，本次实验测得S

这次实验里不精确的环节不少，拿来当个估算参考还是够用的。说到底，我们做这个实验不只是为了得出一个数，更想弄明白这个数是怎么来的、又意味着什么。

它把一个挺有意思的物理现象摆在了我们面前：看上去光滑平整的手机屏幕，居然能像光栅那样，让一束激光打出复杂的衍射图案。有些东西小到肉眼分辨不出，不代表我们就没法研究它。摸清了它的规律，就有可能借看得见的现象，去探看不见的微观世界。

拿衍射来测微小结构，其实不是我们独创的路子。芯片制造过程中，工程师就会用光的衍射和散射去检测晶圆上微小图案的尺寸、形状，还有不同图案层之间对得准不准。这门技术叫光学散射测量。

半导体晶圆

衍射能做的事还不止这些。把可见光换成波长更短的 X 射线，科学家就能靠晶体产生的衍射图样，去研究原子怎么排列、晶面间距有多大。

真实的 X 射线衍射点阵

手机屏幕上那些微小的像素、芯片上细细的线条，再到晶体内部的原子排列，都可以用衍射来研究。

肉眼看不清的微小结构，能通过它留下的衍射信号测出来。今天我们拿绿色激光去照手机屏幕，做的就是借一套简单装置，体会这种精密测量背后的基本思路。