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解密iPhone的“相機控制”按鍵和它的替代方案
在智慧型手機十幾年的發展歷程中，蘋果當之無愧地扮演著一個“全球導師”的角色。
從一開始的觸控式螢幕，到指紋辨識，再到臉部識別、UWB甚至無線充電，庫比蒂諾巨頭用他們對智慧型手機的洞察和對技術的積累，引領著智慧型手機走到了當下。在去年發佈的iPhone 16上，蘋果又給智慧型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為“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定。使用者甚至可以自訂“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”戰略中也扮演著重要的角色。
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，其實隱藏著兩條技術路線之爭。
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，終端使用者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互動，他們克服了三大挑戰，分別是高整合度、防誤觸和可靠性。
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感測器，拍下指紋的高解析度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“指紋辨識”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（可以簡單理解為輕按和重按實現不同的功能），而且如開頭的視訊所示，使用者在這個按鍵上滑動，也會取得相應的控制效果。
於是，為了實現這些功能，據相關拆解來看，除了控制IC外，蘋果在這個設計上的核心元件還包括表面的電容觸摸感測器、壓力感測器和鍋仔片。其中，位於最前端的電容感測器，在iPhone 16的“相機控制”中扮演了相當重要的角色。
根據愛否科技報導，如上圖所示，蘋果在“相機控制”按鍵中採用了擁有六個PAD的多像素電容感測器，這樣就能讓裝置在使用者滑動手指的時候感應到速度、位置等更多物理量；而為了通過按壓實現不同的功能，則是借助紐迪瑞科技/NDT的一個壓感感測器實現的；至於鍋仔片，則負責提供反饋。
行業專家告訴筆者，這固然是一個很好的設計。因為電容感測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訊所示的調節；壓力感測器的增加，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感測器誤判為滑動的誤觸問題。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介面（曝光，景深，縮放等），也都是依賴於這個壓力感測器才得以實現的。
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踰越的挑戰。具體來看，電容設計的難點包括但不限於以下幾點：
- 電容感測器是單端設計，容易受到外界干擾，產生大的噪聲；
- 電路設計上要求儘可能短線路接入到電容觸控晶片中，否則會容易引入各種寄生電容，產生干擾，影響靈敏度；
- 側邊電容PAD面積小，靈敏度受限，需要高性能的電容觸控晶片；
- 鍵帽材質的介電常數影響電容靈敏度；
- 電容感測器要密封好，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，除了對這項技術有著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，還有一個開發者不得不面臨的挑戰是，如何將如此多的器件整合到一起。
“蘋果這個模組把電容觸控IC也整合了進去，這是其他很多想進行相關電容設計的企業很難做到的。”該專家接著說。他還表示，因為蘋果手機本身是一個 IP68 級的防塵防水設計，這就要求這個“相機控制”模組也要實現同等級的防塵防水，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濕了無法控制的問題。於是，如何能夠在這些客觀挑戰面前，打造一個更折中的“相機控制”按鍵，成為了供應鏈攻關的目標。
近日，筆者終於找到了潛在替代者。
一個堪比蘋果的新方案
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感測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；至於那個壓感感測器，如上所述，是用來判斷壓力大小，進而執行相應動作的。
由此可見，如果要尋找一個替代方案，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”就成為了一個可靠的選擇。
作為一類較為常見的受力構件，在工程中的懸臂樑變形主要表現為彎曲。而將其應用到感測器上，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個基於懸臂樑結構的壓力感測器，在其中整合了萬級壓力分級的高精度、高滑動解析度的可印刷應變片（PSG，Printed Strain Gauge）。在使用者輕觸這個感測器產生電壓訊號後，檢測兩個通道的彎曲程度，搭配高精度滑動追蹤坐標演算法，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），從而形成一個應變感測器。這個應變感測器貼附在任意的材料結構上，當該結構受到按壓產生形變，感測器感受形變、產生電訊號的變化，再經過後端的模擬與數位電路處理，最終輸出按鍵或壓力值訊號，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、多維度的互動功能。
正因為其工作原理的與眾不同，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，還支援在濕手、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感測器的不足。此外，還是由於其原理的特點，這個方案無論是在模組製造，還是在裝置裝配過程中，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（影格率，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。例如在滑動解析度上，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？ (半導體行業觀察)