光ディスク
光ディスク（ひかりディスク）とは光学ドライブ装置を使い、光（半導体レーザー）の反射により情報を読み書きする情報媒体（電子媒体/ディスクメディア）である。光学ディスクともいう。
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概要
これは簡易的な図であり、実際はさらに多くの装置が介在する。
光ディスクは厚さ数ミリ程度の円盤であるが、保護層・記録層・反射層などそれぞれ役割の異なる複数の層が重なる形で作られている。規格により多少異なる要素はあるが、レーザー光を光ディスクに照射するとレーザーは保護層を通り抜けて記録・反射層に到達する。ここでレーザー光は記録層に設けられたピットと呼ばれる凹みにより性質が変えられたうえで反射される。この反射されたレーザー光を光センサーにより解析することで情報を読み取る仕組みである。
光ディスクには、生産工場であらかじめ情報が書き込まれているもの（いわゆるプレス版、市販の音楽CDやDVD-VideoやBD-Videoなど）と、ユーザーが任意に情報を記録できるもの（記録型メディア）の大きく分けて2種類が存在する。また、プレス版ディスクと記録型ディスクでは記録層（情報を記録する面）に用いられる材質および記録方式に違いがある。（詳しくは#記録の可否による分類を参照）
材料として保護層や基盤にポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、エポキシ樹脂、環状オレフィン樹脂、ポリ乳酸などが、反射層には銀やアルミニウムなどが主に用いられている。
光を使って読み書きするので、埃や指紋の付着によるデータの読み出しに対する悪影響が磁気ディスクよりは少なく、磁気によるデータ損失の影響もない。こうした特性からリムーバブルメディアとしての利用に優れており、オーディオ・ビジュアル分野の機器で使用するための音楽や映像作品の供給媒体として、あるいはパーソナルコンピュータやゲーム機用のソフトウェア供給媒体として幅広く利用されている。
最初に市場に登場した光ディスクは、1960年代から研究が進められ1980年に発売されたレーザーディスクである。レーザーディスクにはビデオ信号をアナログデータのまま記録されていて、デジタルデータを記録する後発の光ディスクとは性質が異なる。
現在では円盤状のメディアのみが存在するが、1980年代後半から1990年代前半にはキャッシュカードど同程度の幅85.6 mm、高さ54.0 mm、厚さ0.8 mm の Write Once Read Many 方式の光学カードが存在し実用化検討が行われていた[1]が実用化には至らなかった。
普及
光ディスクはソフトウェア（音楽や映像なども含む）の供給媒体としては非常に優秀であり、取り扱いの便利さ、大量生産の容易さ、製造コストの安さなどで幅広い分野において従来の媒体を置き換える形で普及してきた。レコード→CD、カセットテープ→MD、ゲーム機のROMカセット→CD-ROM、VHS→DVD・Blu-ray Discなどがその例である。
しかしその一方で光ディスクの特性が足枷となり従来媒体からの置き換えには至っていない、あるいは光ディスクから別方式のストレージへの転換を見せている分野もある。
光ディスクは大容量化が難しい。記録密度の限界が半導体レーザーの波長で決まるからである。ブルーレイディスクやHD DVDの世代で既に可視光線の中でも最も短い波長である青紫光の半導体レーザーを使用している。光ディスクの原理をそのままにさらに記録密度を高めるにはそれより短い波長光、すなわち紫外線を使うことになるが、現在の光ディスクの材質に使用しているポリカーボネートなどでは紫外線を吸収し表面劣化を引き起こすため扱えない。記録面の多層化によりある程度の大容量化は実現でき、ブルーレイディスクでは最大で1枚200GB〜400GB程度まで引き上げることができるが、2014年現在一般に入手できるのは片面3層の100GBまでである。こうしたことから、大規模なサーバや汎用機用バックアップ装置では最大で数TBの容量を持つ磁気テープ（LTOなど）を置き換えるにはいたっていない。
光ディスクは書き込みが容易ではない。書き込みあるいは書き換え可能な光ディスクであっても一部の規格を除いてフロッピーディスクやハードディスク、MO、USBメモリなどと同様の扱いでは書き込むことはできず消去もできない。パソコンでCD-RやCD-RWなどのブランクメディアに情報を書き込むためには書き込みに対応した光学ドライブのほか、ライティングソフトウェアが別途必要になる。一度だけ記録可能なメディア（CD-RやDVD-Rなど）を使用した場合は書き込んだ内容を消去することはできず、書き換えを視野に入れる場合はCD-RWなどの書き換え可能なメディアを使用する必要がある。書換え可能なメディアを用意しかつパケットライト方式で記録することによってハードディスクなどと同様の扱いができるようになるが多くのデメリットがあり、パソコンの補助記憶装置やビデオレコーダーでは磁気ディスクであるハードディスクが主に用いられている。
ディスク型記録媒体は機械的にディスクを回転させるので読み込みにおいて信頼性が低く時間がかかる。光ディスクも例に漏れずこの影響を受ける。また光ディスクの主要な規格（12cmまたは8cmのディスク、あるいはMD）は機器小型化の足枷になる。消費電力を抑え、衝撃に強く小型化が要求されるポータブル音楽プレーヤーやデジタルカメラ、携帯ゲーム機等には内蔵型あるいはカード型のフラッシュメモリの方が相性がよく、こうした分野の一部（ポータブル音楽プレイヤーなど）では光ディスクからフラッシュメモリに主役が交代している。
寿命
光ディスクの寿命は製造時の品質にも左右されるが適切な取り扱いおよび保存行為をしていれば最長で100年、多少雑に取り扱っても劣化を進める要素（直射日光（紫外線）、高い温度、強い湿気など）に積極的に晒さなければ10〜30年は保存しておくことが可能とされている。ただし、規格や製造された時代によりディスクの素材が異なる場合があるので一概には言えない（寿命は使用する素材にも左右されるからである）。CD-Rなどの有機色素を利用した記録用メディアはその有機色素が紫外線の影響を受けやすいので、保存方法にもよるが前述の寿命より若干縮む傾向にある。
使用する素材を見直すことで、寿命を飛躍的に高めることができる。基盤をガラス製にしたガラスCDや、記録・反射層に使用されている金属箔に金を使ったゴールドディスクなどがその代表例である。金銀反射膜の採用は生産コストの問題もあってあまり一般的ではないが近年記録媒体としてCD-RやDVD-RやBD-Rが一般化したことでその信頼性が問われるようになったため、金銀反射膜を採用して寿命が延びたことを宣伝文句とし差別化を図る商品も登場している[2][3]。
音楽用CDが出回り始めた当時は半永久的に保存が可能とされていた事もあったが、前述の通り寿命は確実にある。しかしディスクを雑に扱わず、紫外線や高温多湿を避けて保存するなど細かい配慮をすることでその寿命は大きく延ばすことができる[4]。
この一方、下記の石英を用いたディスクの場合保存期間は3億年と見込まれており、事実上、永久保存が可能となる。
光ディスクの種類
規格による分類
光ディスクは数多くの規格が存在し、また規格の登場時期や特性により以下のような世代分けができる。
第1世代
主に1980年代に登場し、記録・再生に赤外線半導体レーザーを使用する。12cmディスクの場合で最大700MB程度の容量がある。
- コンパクトディスク（Compact Disc：CD）
- レーザーディスク（Laser Vision Disc：LD）
- Phase-change Dual（PD）
- GD-ROM
- DDCD(Double Density CD)
第2世代
主に1990年代に登場し、記録・再生に赤色半導体レーザーを使用する。片面1層の12cmディスクの場合で最大4.7GB程度の容量がある。映像記録用途では、SDTV画質に適する。
- DVD（Digital Versatile Disc）
- Super Audio CD（SACD）
- MVDISC（Multimedia Video DISC） - NECが発売したDVD-RAM/RW対抗の独自規格ディスク。全く普及せず。
- デジタルデータ用光ディスク（Optical Digital Data Disk：OD3）
- ニンテンドーゲームキューブ用8cmディスク（名称はないが、「8cm光ディスクテクノロジー」と書かれる事がある）
- Wii用12cmディスク（特に名称はなく、説明書では単に「ディスク」と書かれている）
- UMD（Universal Media Disc）
- EVD（Enhanced Versatile Disc） - 中国でDVDの特許料を回避するために開発されたDVD代替ディスク。
- DataPlay - 米データプレイ社が開発した超小型光ディスク。開発元が資金難に陥りほとんど普及せず。
第3世代
主に2000年代に登場し、記録・再生に青紫色半導体レーザーを使用する。片面1層の12cmディスクの場合で最大25GB程度の容量がある。映像記録用途では、HDTV画質に適する（UHD BDは4Kをサポート）。
- Blu-ray Disc（BD）
- BDXL - Blu-ray Discの拡張仕様
- Ultra HD Blu-ray (UHD BD) - BDの上位規格
- HD DVD（High-Definition Digital Versatile Disc）
- Professional Disc（PFD） - ソニーの業務用光ディスク。BDに近い。
- CBHD
- Ultra Density Optical（UDO）
第3世代以降
第3世代よりも以降の革新的技術による光ディスクは試験段階にある。ホログラム技術（光ディスクの記録面の多層化などではなく、立体的に記憶することにより記憶容量を増やす試み）等を使った大容量化が模索されており、いくつかは動画記録と再生に成功している。また、ソニーは東北大学との共同研究により、これまでの100倍となる高出力（100ワット）の青紫色半導体レーザーの開発に成功したと発表。多層技術との併用により、「テラバイト級の記憶容量の実現も可能」としている[5]。
- HVD（Holographic Versatile Disc）[6]
- ゼネラル・エレクトリック社で研究中の500GB記録できるディスク[7]
- スウィンバーン工科大学で研究中のDVDの最大2000倍記録できるディスク[8]
記録の可否による分類
光ディスクには、生産工場であらかじめ情報が書き込まれたもの（読み込み専用のいわゆるプレス版）とユーザーが任意に情報を書き込むことができる記録型ディスクに大別できる（記録型ディスクもまた二種に大別することができる）。レーザー光の反射により記録された情報を読みこむ点ではどちらも共通してはいるが、その仕組みや構造は細部で異なる。
読み込み専用ディスク
生産時において記録・反射層の薄い金属箔にピットと呼ばれる無数の小さい凹みを設け、このピットの並ぶパターンにより情報を記録したものである。ユーザーが任意に情報を消去したり改変したりすることはできないが、読み取りは可能である。著作権者による映像や音楽作品などの供給媒体として利用されている。CDでは市販のCD-ROMや音楽CD、DVDでは市販のDVD-ROMやDVD-Video、その他BD-ROMやHD DVD-ROMなどがこれに当たる。
CDやDVDは、元来は読み込み専用メディアとして開発されたものである（記録型のCD-RやCD-RWなどは後から追加導入された）。Blu-ray DiscやHD DVDは規格策定当初から記録型メディアを視野に入れて開発されたメディアであるが、このタイプが存在する。
記録型ディスク
記録型メディアには大きく分けてライトワンス（WORM）とリライタブルの2種類が存在する。
ライトワンス
ライトワンスは一度しか書き込みができずその書き込んだ情報は消去も改変も不可（空き容量がある限りは追記が可能）なメディアで、人為的ミスや誤動作による情報の消去や改変といった事故は起こらない。ゆえに、長期に渡り改変予定のない情報を保存する用途に向く。CD-R、DDCD-R、DVD-R、DVD+R、BD-R、HD DVD-R、UDO WORMがこれに当たる。
ライトワンス型のメディアは金属箔に有機色素が塗布されており、これをレーザー照射によって化学変化させることで情報を記録している（ただし、BD-Rのように無機系の素材が利用されているものもある）。
リライタブル
リライタブルは複数回に渡って書き込みができ、書き込んだ情報の消去も改変もできるメディアで、書き換え可能回数（メディアの規格や個体差、保管方法、使用方法によって上下する）を上回らない限りは再利用が効くので、ライトワンスメディアに書き込む前の試し書きや情報の一時保管メディアとしての利用など短期的に情報を記録しておく用途に向く。CD-RW、DDCD-RW、PD、DVD-RW、DVD-RAM、DVD+RW、MVDISC、BD-RE、HD DVD-RW、HD DVD-RAM、Professional Disc、UDO RWがこれに当たる。
リライタブル型メディアはアモルファス材を使っており、レーザー照射でアモルファス材を結晶化させることで情報を記録している（結晶化をレーザー照射で解くことにより、記録された情報は消去される）。この技術は相変化記録技術と言われる。
石英ガラスを使った記憶端子の可能性
2014年10月20日、日立製作所と京都大学は共同で石英ガラスにデータを記憶する技術を開発したと発表した。 この技術を応用すれば半永久的（3億年）なデータ保存が可能となる。 JAXAは同年11月に打ち上げる人工衛星に試作チップを搭載する[9]。
光磁気ディスク
光磁気ディスクは光を使って読み出す部分は光ディスクと共通だが、磁気を使って記録する点で異なる。音楽用途で使われるミニディスク（MD）は光磁気タイプの録音用ディスクが主に流通しているが、盤面の一部若しくは全部が再生専用の光ディスクとなっているものも存在する。
光ディスクのケース
光ディスクはMO・PD・DVD-RAMなどデータメディアの一部を除いてキャディ（カートリッジ）に収納されておらず、傷・指紋・ホコリを避けるためにケース（パッケージ）に入れて保管する必要がある。ケースは殆どがプラスチック製で、本のように見開き型の形状となっている。
ジュエルケース・スリムケース・トールケースはサンワサプライ・エレコム・バッファローコクヨサプライなどのサプライ品メーカーからケース単体が家電量販店などで市販されているが、それ以外のケースは殆ど市販されておらず小ロットでの入手は困難である。
- ジュエルケース
- CDアルバムのパッケージで使われる一般的なケース。フタ（ジャケット収納部）・トレイ・ケース（背面）1枚ずつのプラスチックで構成されており、ケースに対して各部品を嵌め込む形で組み立てる。基本サイズはW124mm×H142mm×幅10mm。
- PCソフト、CD-ROM2・SUPER CD-ROM2・メガCD（『ソニック・ザ・ヘッジホッグCD』のみ採用）・ネオジオCD・3DO・PC-FX・セガサターン（セガ自社のソフト）・ドリームキャストなどのテレビゲームソフト（1枚組）や、トールケースが普及する前のDVDビデオ（セルビデオ）のケースにも汎用されている。
- 同じサイズでトレイを可動する両面型として2枚収納が可能な2CD型（Windows 2000日本語版のリテール版やCD+DVD同梱のアルバムなどで採用）や、厚みのあるライナーノーツ（CDアルバム等でビニール加工など特殊印刷を施したもの・ゲームソフトの取扱説明書など）の格納ができるようフタ部分をやや厚くしたワイドケース（幅12mm）もある。
- トレイの色は黒・白が基本だが、透明とすることでケースに入れたジャケットの裏面（両面印刷したもの）を背景とすることも出来る。
- デュオケース
- 主に2枚組のCDアルバム（CD2枚やCD+DVD）のパッケージで使われるケース。ジュエルケースのフタとケース（背面）にあたる部分の裏（内）側にトレイ（Bトレイ・Fトレイ）を嵌め込み、2枚格納を可能としたもの。W124mm×H140mm×幅18mm。
- テレビゲームソフトではメガCD、セガサターン（サードパーティのソフト）、PlayStationの多くが、Bトレイが存在しない1枚収納のデュオケースを使用しており、ジュエルケースでは困難な厚みのある取扱説明書の同封が可能となっている。
- マルチケース
- 3-4枚組のCDで構成されるアルバム（主にサウンドトラック・クラシック・ベスト・アルバム・童謡関係など）やテレビゲームソフト・PCソフトのパッケージで使われるケース。フタ・ケース（背面）・フタとケースに嵌め込むトレイ・表ケースの5パーツで構成されており、ジュエルケースを2枚連結したような形状で、トレイに1枚ずつ・フタとケースを繋ぐ役割をする表ケースに1-2枚（両面）収納する。W124mm×H152mm×幅24mm。
- スリムケース
- 主にマキシシングルや廉価版CD、市販品のブランクディスクに採用されている。ジャケット部1枚、トレイ部1枚のプラスチックで厚みはジュエルケースの約半分。
- 1980年代半ばにはトレイ部が折れて（山折）、ディスクが取り出せるというCBSソニー（ソニーDADCジャパン）独自のスリムケースも存在したが、程なくジュエルケースに戻された。
- トールケース
- 主に市販DVDに用いられる。VHS用ケースと形状が近い。AMARAY（アマレー）社のケースがPlayStation 2（PS2）用ソフトのケースに採用されたことでデファクトスタンダード化している。サイズはW136mm×H190mm×幅14mm。アマレーケースとも。
- PS2の普及により、日本でのDVDビデオ（セルビデオ）パッケージはそれまでジュエルケースのものも存在していた（ミュージックビデオ系統とSPEJが発売するDVDビデオなど）が、アマレーケースが一般的になった。他のゲームソフトではXbox,Xbox 360,Wii,Wii Uが採用している。
- 横幅が5mm広いワーナーサイズもある。
- レンタルDVDではやや厚みのあるケースを使用し、ディスクを収納したレンタルケースを上から投函する（差し込む）形状となっている。
- UMD用ケース
- PlayStation Portableの発売に併せて流通されたPSPソフトやUMD Videoのディスクメディアであるユニバーサル・メディア・ディスクのパッケージに使われるケース。形状はアマレーケースに準じているがサイズはW105mm×H177mm×幅14mmと小ぶりである。
- Blu-ray Disc（HD DVD）用ケース
- トールケースよりも低めのサイズで、上部にはそれぞれの規格のロゴが入っている。PlayStation 3（PS3）ソフトも採用。映像ソフトは基本的にBlu-ray Disc(BDMV)が青系半透明、HD DVDが赤系半透明、PS3は半透明のケースとなっている。W135mm×H172mm×幅15mm。
- マイクロソフト製のリテールパッケージケース
- Microsoft Windows Vista・Microsoft Office 2007のリテールパッケージに採用された独特のケースで、本の「背」にあたる天面にある付箋状のツマミを引き、本の「小口」にあたる側面部分から横方向に90°倒すギミックでトレイが開閉する形状。トレイ部分にプロダクトキーのシールが貼付されている。
- 次バージョンとなるMicrosoft Windows 7・Microsoft Office 2010では、このギミックが廃され、トールケースと同様の見開きで開閉する形態となった。
- 同ソフトで導入されているCD・DVDのホログラム加工と同様、海賊版対策の一環による特許技術とみられ、他社からは同様のケースは流通されていない。
規格争い
新世代の光ディスクが市場に登場する際は、ライセンス収入などをめぐって大手メーカー同士で激しい規格争いが生じる場合が多い。Blu-ray Disc 対 HD DVDがその典型例である。ただし2007年には両メディアに対応する再生機種も発表されている（「ユニバーサルプレーヤー」を参照）。
廃棄方法
パソコンの普及と共に、データをCD-R/DVD-RやFDの形で保存する機会も増えたため、特にCD-R/DVD-Rは消去不可なので、メディアがある限り残ってしまう。
適切な方法
記録されたデータを消去して廃棄する方法には以下の方法が適切である。
適切でない方法
以下の方法でデータを消去することも不可能ではないが、極めて危険なので適切とは言えない。
- 手で割る
- 電子レンジでマイクロ波を照射し、記録面をショートさせる
- この方法で読み取れなくすることも可能であるが、わずか数秒の照射で発火する危険がある。そもそも、メーカーでは食品の加熱・解凍以外に電子レンジを用いることは認めていない。
脚注
- ↑ 医療用光カードシステム 第１回日本医療用光カード研究会論文集、19-20、1990年
- ↑ 300年データを保つゴールドディスク-ITmedia News
- ↑ 金の反射膜で寿命2倍 長期保存用DVD-R、三菱化学メディアが発売-ITmedia News
- ↑ CDやDVDの寿命は意外に短い?（WIRED.jp）
- ↑ 「テラバイト級の光ディスク」を実現へ、ソニーなどが世界初の青紫色超短パルス半導体レーザーを開発 - GIGAZINE 2010年7月21日
- ↑ 日本発“ホログラムディスク”国際標準化へ―オプトウエアが説明会 - ITMedia
- ↑ 容量はBlu-rayの20倍、ついに500GBの記録容量を実現した「ホログラフィックディスク」が登場 - GIGAZINE 2009年4月18日
- ↑ DVDの最大2000倍の大容量を実現する次世代光ディスク「5次元ディスク」が登場へ、Blu-rayなどを圧倒 - GIGAZINE 2009年5月22日
- ↑ 渡辺康一 , 渡部隆夫 , 塩澤学 , et al. 2013 「恒久的データアーカイブに向けた石英ガラスへの記録再生技術(固体メモリ・媒体,一般)」『電子情報通信学会技術研究報告. MR, 磁気記録』 113(127):35-36
- ↑ 10.0 10.1 光ディスクの取扱い上の注意 (PDF) - 日本記録メディア工業会
- ↑ 11.0 11.1 よくあるご質問（CD-R/RWメディア） / DVD/CDドライブ / 製品 - リコー
- ↑ ディスクを廃棄するときに注意することはどのようなことですか - 日立マクセル