解密iPhone的“相機控制”按鍵和它的替代方案 - asiasworldcity.hk

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本文内容：

在智能手機十幾年的發展歷程中，蘋果當之無愧地扮演着一箇“全球導師”的角色。從一開始的觸摸屏，到指紋識別，再到臉部識別、UWB甚至無線充電，庫比蒂諾巨頭用他們對智能手機的洞察和對技術的積累，引領着智能手機走到了當下。在去年發佈的iPhone 16上，蘋果又給智能手機帶來了新的變革。如上圖所示，蘋果在介紹iPhone 16的時候，花了不少時間去介紹這個被稱之爲“相機控制”的按鍵。按照他們所說，使用者可以通過“相機控制”選擇和調整包括曝光、景深、縮放、風格和色調在內的設置。使用者甚至可以自定義“相機控制”的使用方式。從蘋果的介紹我們得知，這個按鍵即使在該公司面向未來的“Apple Intelligence”戰略中也扮演着重要的角色。自蘋果發佈這個功能以來，國內無論是OPPO、vivo和榮耀，也都紛紛開發出了相關的功能鍵，譬如目前已上市的OPPO Find X8 Pro/X8 Ultra、vivo X200 Ultra、榮耀400 Lite/X70i 等手機上的拍照按鍵。據筆者瞭解，在這些相似的功能背後，其實隱藏着兩條技術路線之爭。榮耀 X70i、vivo X200 Ultra一顆小按鍵背後的黑科技從使用者的反饋看來，這個新增的按鍵似乎有點被高估了，終端用戶也並不能輕易窺見這個按鍵帶來的革命性變化。但按照蘋果的說法，能在方寸空間實現這個設計，並提供如此酷炫的UI交互，他們克服了三大挑戰，分別是高集成度、防誤觸和可靠性。iPhone16相機控制按鈕如上圖所示，第一眼看到蘋果這個新增的“相機控制”按鍵，有種夢迴iPhone 5S首次引進Touch ID的感覺——在設計上，固態按鍵外圈用了金屬，中間是藍寶石。具體到原理上，Touch ID通過中間的藍寶石水晶和電容觸摸傳感器，拍下指紋的高分辨率圖像並對其進行智能分析，以便從任何角度都能精確讀取指紋。這個“相機控制”按鍵，其實與“指紋識別”的原理和技術有點異曲同工。不同之處在於，前者在使用者按下不同鍵程時會觸發不同的功能（可以簡單理解爲輕按和重按實現不同的功能），而且如開頭的視頻所示，使用者在這個按鍵上滑動，也會取得相應的控制效果。於是，爲了實現這些功能，據相關拆解來看，除了控制IC外，蘋果在這個設計上的核心組件還包括表面的電容觸摸傳感器、壓力傳感器和鍋仔片。其中，位於最前端的電容傳感器，在iPhone 16的“相機控制”中扮演了相當重要的角色。圖源：愛否科技根據愛否科技報道，如上圖所示，蘋果在“相機控制”按鍵中採用了擁有六個PAD的多像素電容傳感器，這樣就能讓設備在使用者滑動手指的時候感應到速度、位置等更多物理量；而爲了通過按壓實現不同的功能，則是藉助紐迪瑞科技/NDT的一箇壓感傳感器實現的；至於鍋仔片，則負責提供反饋。行業專家告訴筆者，這固然是一箇很好的設計。因爲電容傳感器可以識別輕微的滑動，讓使用者能夠很好地實現如前面視頻所示的調節；壓力傳感器的增加，則能解決按下過程中（鍋仔片還沒有被觸發前）由於手指接觸面的變化導致電容傳感器誤判爲滑動的誤觸問題。如演示中所見，輕按“相機控制”按鍵，實現對焦或者調出相機控制界面（曝光，景深，縮放等），也都是依賴於這個壓力傳感器才得以實現的。iPhone16相機控制按鈕拆解圖不過他也強調，這本身並不容易做到，如何避免誤觸，如何精準控制，這都是橫亙在開發人員面前難以逾越的挑戰。具體來看，電容設計的難點包括但不限於以下幾點：1電容傳感器是單端設計，容易受到外界干擾，產生大的噪聲；2電路設計上要求儘可能短線路接入到電容觸控芯片中，否則會容易引入各種寄生電容，產生干擾，影響靈敏度；3側邊電容PAD面積小，靈敏度受限，需要高性能的電容觸控芯片；4鍵帽材質的介電常數影響電容靈敏度；5電容傳感器要密封好，如果有液體或者水汽滲入，會讓容值發生很大變化，導致觸控功能失效；正因如此，除了對這項技術有着多年深厚積累的蘋果外，目前還沒有其他廠商能夠實現同類型的電容解決方案。而且，對於這個設計，還有一箇開發者不得不面臨的挑戰是，如何將如此多的器件集成到一起。“蘋果這個模組把電容觸控IC也集成了進去，這是其他很多想進行相關電容設計的企業很難做到的。”該專家接着說。他還表示，因爲蘋果手機本身是一箇 IP68 級的防塵防水設計，這就要求這個“相機控制”模組也要實現同級別的防塵防水，進一步拉高了設計門檻。不過，和以前的Touch ID一樣，蘋果這個設計也會面臨手指出汗和按鍵弄溼了無法控制的問題。於是，如何能夠在這些客觀挑戰面前，打造一箇更折中的“相機控制”按鍵，成爲了供應鏈攻關的目標。近日，筆者終於找到了潛在替代者。OPPO Find X8 Ultra一箇堪比蘋果的新方案要找到替代方案，就需要先瞭解其實現原理。歸根到底，上文談到的蘋果“相機控制”電容式方案，其最關鍵、也最難的點就是通過測量傳感器上的電容變化來判斷手滑動的方向，進而對相機或者第三方應用執行相應的控制；至於那個壓感傳感器，如上所述，是用來判斷壓力大小，進而執行相應動作的。iPhone16相機控制按鈕拆解圖- 紐迪瑞/NDT壓感sensor由此可見，如果要尋找一箇替代方案，壓力感應的部分可以沿用，我們只需要使用另一種方式來實現滑動控制，而“懸臂樑”就成爲了一箇可靠的選擇。作爲一類較爲常見的受力構件，在工程中的懸臂樑變形主要表現爲彎曲。而將其應用到傳感器上，則是通過測量施加在懸臂樑上的壓力變化，來進行動作推斷，最終實現相關功能。這也正是紐迪瑞科技/NDT正在探索的蘋果“相機控制”按鍵的替代方案。具體而言，這個技術本質上是設計了一箇基於懸臂樑結構的壓力傳感器，在其中集成了萬級壓力分級的高精度、高滑動分辨率的可印刷應變片（PSG，Printed Strain Gauge）。在使用者輕觸這個傳感器產生電壓信號後，檢測兩個通道的彎曲程度，搭配高精度滑動追蹤座標算法，能精準確定力的大小和位置，實現壓力精準觸控和壓力精準滑動功能。而要實現這個功能，核心則是壓阻材料。據介紹，紐迪瑞科技/NDT的壓阻材料可以印刷在很多基材之上（例如FPC或PCB），從而形成一箇應變傳感器。這個應變傳感器貼附在任意的材料結構上，當該結構受到按壓產生形變，傳感器感受形變、產生電信號的變化，再經過後端的模擬與數字電路處理，最終輸出按鍵或壓力值信號，並在很大範圍內保持線性輸出，可實現輕按、重按、多連按、長按、滑動等豐富、多維度的交互功能。正因爲其工作原理的與衆不同，該公司提供的純壓感觸控按鍵不需要像蘋果那樣用藍寶石，還支持在溼手、戴手套、水下等全場景下進行按壓與滑動操作，這恰恰彌補了蘋果電容式傳感器的不足。此外，還是由於其原理的特點，這個方案無論是在模組製造，還是在設備裝配過程中，也都優於蘋果的方案。圖源：紐迪瑞/NDT不過，我們也必須承認，蘋果方案的體驗和精度是其他方案無法比擬的。據瞭解，這個體驗差別主要是圖像處理器、CPU處理能力（幀率，延時）以及UI效果的差距導致的。如果只是測量“相機控制”按鍵的實現效果，可以說和蘋果不分伯仲。例如在滑動分辨率上，上述懸臂樑方案也能做到0.2mm，無限接近蘋果的電容方案體驗。即使在滑動靈敏度方面，懸臂樑方案還能繼續提升，想要達到或趕超蘋果方案，相信只是時間問題。在實際體驗中，我們只需輕輕把手放在蘋果的“相機控制”按鍵上，就能執行滑動調焦等功能，但是在使用了紐迪瑞科技/NDT懸臂樑方案的OPPO Find X8 Pro、OPPO Find X8 Ultra和vivo X200 Ultra等旗艦上，我們還是需要先輕輕按壓一下按鍵，才能更好地體驗滑動調節的功能。但話又說回來，誰又會在控制按鍵的時候，刻意輕觸呢？半導體精品公衆號推薦專注半導體領域更多原創內容關注全球半導體產業動向與趨勢*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅爲了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。今天是《半導體行業觀察》爲您分享的第4047期內容，歡迎關注。『半導體第一垂直媒體』實時專業原創深度公衆號ID：icbank喜歡我們的內容就點“在看”分享給小夥伴哦

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