你知道你的手机有多清晰吗？居然用一束光就能测量手机的清晰度？ | 正经玩
中科院物理所 · 科学与科普
原创 晨曙＆Spin 2026-11-07 12:26 北京 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！ 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！ ↑试图用肉眼看清手机屏幕像素的小编 实验器材 白纸、尺子、胶带、激光笔、固定激光笔按键的夹子、不同分辨率的电子设备、所标杯 注意⚠ ⚠ ⚠ ： 使用激光存在风险，请检查激光笔上的标签，选用功率 ＜5mW 的激光笔进行实验，请勿使用激光直接照射人眼，未成年人请在家长的陪同下进行实验！！！！！ 实验步骤 第一步： 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。 书籍是人类进步的阶梯（物理意义） 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。 第三步： 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👇 当绿色激光照到屏幕表面后，除了最亮的中心反射区域，周围还会出现一串串规则排列的小亮点，甚至形成比较完整的点阵图样。 图中最亮的那条绿色亮带，并不是我们真正要测量的对象。 它是由衍射与多次反射、散射形成的强光痕迹，但是难以从中读出屏幕微观信息。能够读出屏幕微观周期信息的，是亮带周围那些 间距比较规则的小亮点 。 用直尺测量，得到 衍射点之间的距离S 1 ≈0.4cm。 第四步： 拿出胶带固定好白纸，用记号笔在中心亮斑的位置做标记，便于后续调整光路。千万不要直接在墙上做标记，主要原因是怕被妈妈打。 为方便测量，还可以固定直尺（也可以不固定，说不定不固定还更方便） 第五步： 把平板换成手机试试，调整手机方向，让反射的中心亮斑落在白纸上的标记处， 保证两次观察的光路相同 ，再看看衍射斑点会有什么变化。 放大看看 这次测量两个衍射点间距为0.9cm，但是要注意 这次测量的是正方形衍射斑点的对角线 ，而上一次测量的是正方形衍射斑点的一条边，所以这次的测量结果需要乘以sin45°，得到衍射斑点间距 S₂≈0.64cm。 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！ 原理解说 看起来光滑的屏幕，其实并不简单。我们平时看到的手机画面，实际上是由许许多多的像素构成的。如果使用显微镜观察，就能看到屏幕中排列着大量微小的彩色子像素： 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，