hyousi

磁力と距離

　picoにつないだだけの同じもので距離特性をざっくり測ってみます。
　前回は感度45V/Tのdrv5053eaを使用しましたが、今回は感度が半分の23V/Tのcaホールセンサを使用します。なおこれも範囲をカバーできていないのでもっと感度低いものが必要です。
　通常基板からプレートトップの距離が5mmなので、1.6mm基板+3.5mmスペーサのところですが、磁力範囲をカバーするため4mmスペーサを使用しています。

　距離を測る機器がないため、スイッチを押していないニュートラルな状態と押し込んだ、ニュートラルな状態から-4mmの状態での平均ADC読み取り値を記録します。
　またスイッチ下に1.6mm基板をスペーサとして敷いていき、4回繰り返しました。4mmスペーサで押し込んだ状態を0としています。

　この0mmの状態で、およそホールセンサから距離が2mm開いているのでオフセット値を加えグラフにしてみます。雑計測なのであまりなめらかでないですね。

　ググってみると磁力は距離の二乗に反比例するそうです。ぱっと見反比例のグラフなのでそんな感じがします。ホールセンサは磁力に対してリニアに電圧が変化し出力されますが、肝心の磁力が距離に対してリニアではないのですね。
　押していない付近と押し込んだ付近とで感度が違います。同じ1.6mmの移動でも、2 – 3.6mmの移動量でADCは350変動していますが、3.2 – 4.8mmでは95しか変動しません。
　SOCD機能がある以上、fpsでの挙動においてニュートラルから押し込む動作の精度が重要に思いますが、磁力の強い押し込んだ付近の方が高精度にとれるのですね。

　磁力は距離の二乗に反比例するということなのでどうなのか見てみます。

　それっぽさがあります。そもそもここで採用している距離というのがデタラメ（センサと磁石の距離こんな感じだよね）なので、補正値を二乗平均平方根誤差最小になるやつで求めてみます。

　それっぽい感じがします。この近似式にホールセンサ読み取り値を入れれば押し込み量が求めて、press releaseの判定を処理できそうです。
　何も考えていないので、もう少し正確に計測出来るようになったらモデルを検討したいですが、なんとなく押下量min, maxでの磁力を測定し、スイッチのストロークを入力すれば各スイッチに対応したキャリブレーションができそうな感じがしています。どうなんでしょう。その場合精度は筐体やスイッチの工作精度や軸ブレ量次第にはなりそうです。

　またこの近似式から各距離での検出磁力もホールセンサの感度を入れることで推定できますね。L45はスペックが良くわからないので何も答え合わせできませんですけど

picoのスキャン速度

　とりあえずpicoで1000回ADC読んでその時間と平均値を出してみました。picoのクロックを設定できるようなのでいくつか試してみました。

const int numSamples = 1000;
long sumA0 = 0;
int sampleCount = 0;

void setup() {
  Serial.begin(2000000);  // 高速シリアル通信
  analogReadResolution(12);  // 12ビットADC
}

void loop() {
  // 1回A0を読む
  int value = analogRead(A0);
  sumA0 += value;
  sampleCount++;

  // 1000回読み取ったら出力
  if (sampleCount >= numSamples) {
    int averageA0 = sumA0 / numSamples;

    Serial.print("time,");
    Serial.print(micros());
    Serial.print(",A0,");
    Serial.println(averageA0);

    // リセットして次の1000サンプルへ
    sumA0 = 0;
    sampleCount = 0;
  }
}

　クロック250MHzに設定した1ms間に250回ほど読み取れるようです。単純に50キーのキーがついてるとして1msに50回です。物足りなさは感じます。

　A0ピンだけでなくA1ピンも加えて、2つのピンから読み取るようにして同じように計算してみました。

　A0とA1の分があるので読み取っているキー数はこれの2倍となります。A0のみから読み取るのよりも遅くなってしまっていますね。

　picoのデータシートp.557にADCのサンプルレートは500kHzで1基搭載し4つのADC入力とマルチプレクサで接続されていることが書かれています。

　ADCは1基しか搭載していないので2ピン読み取らせるとむしろMUXの切り替え時間とかで遅くなってしまっている感じでしょうか。もし仮に1ピンあたり500kHz出たとしても50キーあると10kHzですからpicoではADCの搭載数、サンプルレートともに磁気キーボードを作るうえでは足らないのかなと思ったり。プロトタイプなら全然よさそうですが

マルチプレクサ

　16チャネルのマルチプレクサ CD74HC4067SM96 の動作を確認します。
　市販の磁気キーボードには大抵MUXが乗っておりADCピン数を拡張しています。マイコンにADCピンが60個とかついてないですものね。CD74HC4067SM96は一つで16個のADCピンを拡張できます。

　S0～S3でP0～P15のどのピンから読み取るか指定し、dataピンからマイコンに指定したピンのADC出力が読み取れる感じの部品です。今回は抵抗で分圧して電圧値読み取れるか試してみました。

// セレクトピンの定義
const int S0 = 0;
const int S1 = 1;
const int S2 = 2;
const int S3 = 3;

// ADCピン
const int adcPin = A0; // GP26 = ADC0

// 読み取るチャンネル（P0〜P3）
const int channels[] = {0, 1, 2, 3};
const int numChannels = sizeof(channels) / sizeof(channels[0]);
//int型は4バイトchannnel配列は4要素計16バイト、channnell0は1要素4バイト、16/4=4要素らしい

void setup() {
  Serial.begin(200000);

  // セレクトピンを出力として設定
  pinMode(S0, OUTPUT);
  pinMode(S1, OUTPUT);
  pinMode(S2, OUTPUT);
  pinMode(S3, OUTPUT);

  // ADCピンの初期化（Arduino環境では特に不要なこともあります）
  analogReadResolution(12); // Picoでは12bit ADC（0〜4095）
}

void loop() {
  for (int i = 0; i < numChannels; i++) {
    setMuxChannel(channels[i]);          // MUXのチャンネルを設定
    delay(10);                            // セットアップ時間待ち
    int adcValue = analogRead(adcPin);   // ADCから読み取る
    Serial.print("P");
    Serial.print(channels[i]);
    Serial.print(", ");
    Serial.println(adcValue);
    delay(500); // 待機
  }
}

// マルチプレクサのチャンネルを選択する関数
void setMuxChannel(int channel) {
  digitalWrite(S0, bitRead(channel, 0));
  digitalWrite(S1, bitRead(channel, 1));
  digitalWrite(S2, bitRead(channel, 2));
  digitalWrite(S3, bitRead(channel, 3));
}
//bitreadでchannnelという引数に渡された値の、何ビット目の値を出すらしい

　問題無く読みとれていそうです。使う分には sピンで指定→読み取り だけで難しいことはなさそうです。またenableピンもついているので、mux個数分のioピンを用意すればこんかいのpicoのようにADCが1基のみの搭載でも同じADCピンに複数のMUXを接続することができるようです。

　速度とか切り替えとかノイズとかも次にpicoやオシロで確認したいです。

部品調達

　何も知らない何も考えてないで始めているので、どれも性能が足りていないことがわかりました。
　使える部品を買い足したいところです。

　まずスイッチがL45が数個あるだけ状態なので、定番品を入手しておきたいところです。磁気キーボード関連何も知らないので何買えばいいのかもわからない、、
　少し調べてみると、ストロークだけでなく磁力も公開されているものが多いのですね。例komとjadepro

　gateronなどはデータシート自体公開しているようでしたが、あまり欲しい情報は得られませんでした。基本的にはストロークと1.2mm　pcbでのtop, bottomでの磁力だけのようです。
　本当に何も知らないのでks-20互換というのは本当に互換なのだと思っていましたが、磁力、磁石との距離、ストローク、どれもまちまちなのですね。まあ互換といっているのも名目上はユーザーなのでしょうけど。ks20互換が意味するのは極性とMXタイプであることぐらいなのですね。

　磁気スイッチの種類というのもめちゃくちゃ多いそうで、わけわからん状態なのですが1年後も使用され続けていそうなものを何種類か見繕いたいところです。

　drv5053caの23mV/mTより感度の低いホールセンサを調達したい。また5053は出力が0-2v固定なのでもっと広く見れるものが良いかなと思いました。その分細かく見れますものね。↑のように磁気スイッチは1.2mmpcbとして700Gs=70mTは最低でも見れなくてはならないですね。適当に調べてみた感じ候補はこんな感じでしょうか。基本的にはよく見る3端子のもので、スリープ機能付きのものは6端子です。

　drv5053caは350Gsまでしか見れないのですが、今回L45を0.4mm程度浮かせると振り切ることなく計測できていました。L45のスペックがどんなものかはわからないですが、距離^-2というのは感度が極端に変わりすぎてめんどくさいなあと思います、
　5053他は与えた電源と同じレンジで出力が見れるものと思います。また5056は片方の極性しか見ないため、倍細かく見れそうです。
　スリープ機能付きのものは、ioピンこそたくさん必要ですが、MUXなしでオンオフ制御できそうです。どちらがいいのかは何んともわかりませんが、売っているので検討はしたいなと思います。計測範囲ちょっと狭いのですけどね。その話で行くともっといろいろホールセンサもラインナップはあるはずで、個人だとまず部品の選択肢から狭いのはきついなと感じます。

　マイコンボードももっと高性能なものを使用したいところです。実際に使うにあたりどの程度のADC基数、sps、クロックが必要なのかは見ておく必要があります。ai君に調べてもらうとstm32がよさそうです。

　市販品は8k当然な感じですがnucleoボードはUSB2.0対応のものはないそうです。でもteensy4とか高いのでnucleoボードでいったん試してみようかという感じ。そもそも8kHz必要なのかという話でもあります。

　正確に押下量も取りたいのでマイクロメータもあったほうがよさそうです。mitutoyoのmhn2-25mxとかこういう感じでしょうか。どこまで正確にできるのやらとは思いますがたかがスイッチを押すだけに仰々しい設備導入とかとも思うのでこれくらいがちょうどよいとは思うけれどどうしたもんか

　なんもわからなくても何もしないでもai君がarduinoコード出してくれるので楽なものですね。
　もうちょいい環境整えて、具体的な話をしていきたい。

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　2025年5月4日天キーvol8に行ってきました。気になったものなどぱっと振り返ります。

　以前参加した際は駅から歩く上に入り口もよくわからないということがありましたが、南北線で行きましょうね！今回は駅から直通で楽ちんでした。

　どなたの展示かわからっていないのであとから調べてわからなかったものもありますがご了承ください。敬称略ごめんなさい。

awekeys

　金属製キーキャップを販売しているawekeysさんの展示
　cerakeyとかは結構重たいなとか思った記憶がありますが、案外軽量でした。

　白銅で成形され、各種金属コーティングを施しレーザー印字しているそうです。ベースキットは3色ほどありました。価格はなかなかするので富豪向けですね。absもPBTも使っているとテカってくることは防げないので表面が変わらないのはいいかもですね。

　ワンポイントの元素別キーキャップもありました。金属ごとに合った表面加工をしているそうで、ぴかぴかだったりマットだったりしています。きれいでした。

Libertouch

　Libertouchさんの展示。高級メンブレンキーボードです。
　メンブレンとはいうものの打鍵感は優れており、底打ち感が異なりますが静電容量系の感じでした。こちらes限定版とのことで削り出しケースにフォーム、プレートとこだわり生産されたものでかなり良かったです。予約が開始されていましたが8万円とのことで、貯金0の私は予約すること敵いませんでしたが、余裕のある方是非お勧めです。
　キーマップカスタマイズはソフトウェアが開発されていたりキーキャップも十字で好きなものを取り付けられるそうです。

　スイッチサンプル。メンブレンは接点スイッチなので装着しM互換として使用できるアダプタがあったり。
　荷重の異なるラバーや、ラバーの代わりにばねを使用したリニア軸と4種類ありました。

zenaim

　zenaimさんの展示。60%はもうそろそろ発売でしょうか。テープアウトはしていそうです。usbは左側になったんですね。かなり見た目はよさげ

　zenaimはかなりガチャガチャいいますからフィードバックも多かったのでしょうか。ハーフガスケットマウントを検討されているそう。ガスケットの位置や硬さなど自在に調整できると説明を受けましたが社内向けなのか、もしリリースされるとしてユーザーが分解し、カスタムできるようにするのか気になりますね。感触としては適度にアコースティックに吸収してくれる感じで、強く打鍵しても手が痛くなりにくそうです。
　正直打鍵感音がよいと言われる中華系も値段帯問わず大抵ガチャガチャしてますからzenaimばかりそういわれるのも不憫だなとは思いますが。

　アケコン。筐体は結構ごつく、分厚いです。こちらはまだ先でしょうか？スイッチモジュールはたしか4ピンコネクタでした。詳しくは聞きませんでしたがどういう感じなんでしょうね。

　磁気キーボード開発に関していろいろ質問してきました。まっとうなものづくりの視点から多くの意見をうかがうことができました。これからのzenaimの展開などもお聞き出来てよかったです。
　まっとうな磁気キーボードですから買いたい気持ちは大いにあるのですがいかんせん高級でお金がないので買えないのが申し訳ない限りです。

moimate

　moimateさんのマイクロスイッチアケコン。
　こちらはソケット非対応でホットスワップはできないそうです。クリック感はよくブレもないので、スイッチ周りしっかり設計されているなという印象でした。

ワーカホリック

　ワーカホリックさんの展示。いろんな椅子を試すことができる有料サービスのお店だそうです。予約が埋まり切っているとか。
　会場にはオカムラバロンとエルゴヒューマンがありました。これらは座ったことがなかったのでコンシェルジュしてもらいました。
　バロンは結構ガシッと体を固定してくる感じですね。薄めの座面とメッシュの背もたれとで全体的に強い張りがあります。仕事用だとアーロンが有名ですが、こちらもかなりいい姿勢で固定でき長時間働けそうです。逆に崩した使用はちょっと向かないかも？
　エルゴヒューマンはでかい人向けという印象があったのですが、座ってみるとそういった印象は感じませんでした。勘違いしていたよう。全面メッシュで包み込んでくれます。オットもあり、また全体的に広く余裕があるので、ゲーミングチェア的な柔軟な使い方をするには向いているなと感じました。
　どちらもリクライニングにアームレストがついてくるタイプだったり、リクライニング時の座面の連動の仕方が異なり（バロンはほぼ動かず、エルゴヒューマンは一緒に傾く）普段と異なり面白かったです。
　買う買わないでなく椅子をコンシェルジュするサービスなので、買う気がなくてもワーカホリック行って各社の椅子を体験するのは有意義そうです。2時間3300円だそうで安いしこれは言って損することはないですね。予約いっぱいだそうですけど機会があったら行きたい

さびねこ

　さびねこさんの展示。Nooir Nolandというキーボード、キーボードが浮いていてなんかとてもすごかった。お高いようです。

ℝ𝕆𝕄ｺｯﾎﾟﾗ

　ℝ𝕆𝕄ｺｯﾎﾟﾗさんの展示　SeaOtter Keyboard
　めちゃくちゃきれいな造形でした。キーボードとしても動作するというのでなおすごいです。

せきごん

　せきごんさんの展示。キーボード自動生成できてしまうauto kdk、すごかった
　usbが3つついているのなんでなんだろうと漠然と思っていたのでお聞きしましたが、左右共用にしながら左右間通信を、どちらからでも出せるようにするためだそうでした。言われてみればそうである。usbコネクタと左右間コネクタの位置関係など自由に選択できないと困りますね。
　まだリリースされていないそうですがトラックボールがとてもよかったです。トラックボールついているキーボードでしっくりくるものが少ないのですが、こちらかなり良かったです。リリースされたらトラックボールキーボードデビューしてみようかしら。
　制御ボードとセンサーモジュールを購入し、あとは基板とケースをデータ発注するだけですからほんとすごいですよね。設計試作コストを考えるとautokdk安すぎます。

yohe

　yoheさんの展示。corne用の円形のケース。こういうの回せば自在にチルトテントできるのでいいですよね。hutaもfdm製ながらスムーズに開閉出来て感動しました。

mass

　massさんの展示。omnonというトラボとジョイスティックを搭載したデバイス。触った感触がとてもよく、とても完成度高かったです。他にない構成ですが、どのような割り当てをして使用しているのか気になります。

jezail funder

　jezail funderさんの展示。cornixというcorne系譜の配列をしたキーボード。背面にデフォルトでテントスタンドがついており、非常にスマートです。テント角度は段階で調整可能でした。chocv2のキーキャップは自社製のようです。

takashicompany

　takashicompanyさんの展示。キースイッチが出てくるガチャガチャが！こういう趣向も面白いですね。

ai03

　ai03さんの展示　photon
　以前天キー参加したときがお披露目で触った記憶ですが、無駄な響きがなくほんとに素晴らしいです。送料高く予約しなかったのですが、いつか手に入れたいと思ってはいます。

ぴろりどん

　ぴろりどんさんの展示
　とても美しい外見をしていました。追加のタクトスイッチ？マイクロスイッチ？の押し心地が良かったです。
　奥のeditor50というキーボードはコンパクトながら多機能でイケメンでした。

ちぃな

　ちぃなさんの展示　Childhood’s End
　ロウスタッガード＋アリスの配列のようです。とても手の馴染みよく、いいなと感じました。デスクにとり奥行き方向は制約がないことが多いですからスペース的デメリットも少ないです。参考にさせていただきたく思います。
https://zenn.dev/cheena_gb/articles/5804348b47bc4a

ラッタッタ

　ラッタッタさんの展示　tome2
　無線分割でケースはアルミ削り出しです。このコンパクトさめちゃくちゃいい。アルミケースも無線もやったことないですが、このコンパクトさには惹かれ、自分も無線やりたくなってきます。

　On Any Banana Day
　狭ピッチです。40%ですが配列は大西配列を想定しているよう。こちらもコンパクト

Mogma Products

　Mogma Productsさんの展示。Dottie FlipFlowという折りたためるキーボードです。左右間どうつながっているんだろうと思いましたが、中をケーブルが通っているんですね。ぱっと見わからなくて疑問に思いました。とても丁寧に作られています。3dpパーツですごい滑らかなヒンジを作製されています

Pentronic Lab.

　Pentronic Lab.産の展示。Taclick-TKLというタクトスイッチでできたキーボード。基板の密度がすごいです。はんだ付けがとても大変だ！アルミと木の削り出しケースがありました。木製は軽くてよいですね。

かよいじ

　かよいじさんの展示。手配線の立体配列キーボードです。

こちらはコントローラーやハンドルのように握りこみ使用する形状。デスクの上にとらわれず膝の上などで使用できるそう。

　こちらは手前に握りこむように入力できる行があります。どのようなキーを割り振っているのか聞いてみたところ記号等割り振っているそうで、横に伸ばさずにかつコンパクトな運指でデフォルトキーをカバーできるようにしており、その思想には共感できます。

トラックボールつき左手デバイス

　すみませんどなたの作品かわかりませんでしたがcad等で使用できる左手デバイスです。これ使いこなしたらアプリケーション入力これ一つで完結できそうなポテンシャルがありそうです。

dotting dots

　dotting dotsさんの展示。非常に美しいデザインの作品で意匠が凝っています。様々なエンコーダを置いてあり、それぞれの特徴などお聞きし勉強になりました。

いと

　いと産の展示。VRHMDのコントローラーのようなタイプのキーボードです。例えばディスプレイ搭載ゴーグル等用いて机に向かわずにPC作業が完結できるような夢のあるデバイスです。試作段階とのことでしたが指周りの馴染みはよかったです。左右の手での複合操作で文字入力を行う想定で、慣れが必要そうです。

パレットシステム よっぴ

　パレットシステム よっぴさんの展示。赤外線通信のキーボード。奥側にレシーバーがあります。露出している小さなicと赤外線のこの小さな基盤だけで制御できるそうで、キーボード側の点数がすごいコンパクトです。赤外線通信のお話も聞けて面白かったです。

　kailhの超薄型スイッチのキーボードをさらに薄く仕上げるというめちゃくちゃ薄いキーボード。実際に見るととても驚きます。打鍵感も悪くなく、結構いい感じなのですが、国内取り扱いがなく入手性が厳しいようで、どうにかはやってほしいですね。

おわり

　久しぶりにキーボードイベントに参加しましたが、とても面白く勉強になりました。トラックボール分割無線の流行がすごいですね。その次にローすたっガードのスタンダードなタイプのキーボード展示が多く、ここら辺が大勢なのかなという感じがしました。
　ユニークな作品も見ることができて、とても刺激になりました。
　企業はリベルタッチとzenaimが印象的でした。zenaimさんは直接お話うかがえることそうないと思うのでいい機会でした。
　天キー全体でいうと、めちゃくちゃ人多かったです。会場内を順繰りに見ようということができず、練り歩きながら隙間を覗くような感じでしたので、全部見たつもりではいますが見逃している展示もあったかもしれません。
　半分抽選目当てで参加しているのですが今回は当たりませんでした残念！

天キーは最終的にこぼれるとはいえチケット競争は起きないしキーボード好きだぜって人は積極的に参加するといいと思います。抽選でなんか当たるかもだし。作家さんや企業の方とゆっくりお話しする機会って他にないですしね。