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懐かしのPDとから学ぶ、光ディスクの「0と1」の物理学

ふと思い出した、昔使っていたパソコン「Panasonic Woody」。 この機種には、CDと同じサイズでカートリッジに入った「PD」というドライブが搭載されていました。

「そういえば、あのツルツルの円盤のどこに、どうやって0と1を書き込んでいたんだろう?」 「書き換えできるディスクと、できないディスクは何が違うの?」

そんな素朴な疑問から、ミクロの世界の物理学を調べてみたら、日本の技術力の凄まじさに改めて驚かされました。

目次

1. そもそも「0と1」はどう記録されている?

CD(CD-ROM)の裏面は虹色に光っていますが、顕微鏡レベルで見ると、実は 「デコボコ(物理的な溝)」 が掘られています。

  • ランド(平地): 光がそのまま反射する(キラキラ)。
  • ピット(くぼみ): 光が散乱して暗くなる。

この「光が帰ってくるか、こないか」の明滅を読み取って、デジタル信号に変換しています。アナログレコードの溝と同じで、本当に物理的な形があるんですね。

2. 「焼く」とは、焦がすこと(CD-R)

では、買ってきたときはツルツルな「CD-R」はどうやって溝を作るのか? 実は、記録面に塗られた 「有機色素」 をレーザーの高熱で 「焦がしている」 のです。

  • 焦げた部分は光を反射しなくなる = 「擬似的なピット(溝)」 として扱われる。

一度焦げたパンが元に戻らないのと同じで、これが「書き換えできない(追記のみ)」理由でした。

3. 何度も書き換えられる魔法(PD・CD-RW)

私が使っていた「PD」や、その後のCD-RWは、「相変化(そうへんか)」 という魔法のような金属の性質を使っていました。 溝を掘るのではなく、レーザーの当て方(冷まし方)を変えることで、金属の状態を変化させます。

  1. 高温で溶かして急冷: 曇りガラス状態になる(アモルファス)→ 光を反射しない(0)
  2. 中温で溶かして徐冷: 綺麗な結晶に戻る(クリスタル)→ 光を反射する(1)

物理的に削るのではなく、「曇らせたり、透明に戻したり」 を高速で行っていたのです。これを家庭用PCでやっていたなんて…。

4. 「容量」か「速度」か? 回転制御の秘密

さらに面白かったのが、ディスクの回し方(制御)の違いです。 ここには 「たくさん詰め込みたいCD」「速く読み書きしたいPD」 の設計思想の違いがはっきりと表れていました。

CDの方式:CLV(線速度一定)

CDは、内側を高速で、外側を低速で回すという、非常に面倒な制御をしています。

  • メリット: 内側も外側も、データの密度をギチギチに一定にできる。だから、直径12cmに700MBもの大容量を詰め込める。
  • デメリット: 離れたデータ(1曲目から10曲目など)を読みに行くとき、モーターの変速(ウィーン…)を待つ時間が必要で、アクセスが遅い。

PDの方式:Z-CAV(ゾーンCAV)

対してPanasonicのPDは、ディスクをいくつかのエリア(ゾーン)に分け、その中では一定速度で回す「ハードディスクに近い」制御を取り入れていました。

  • メリット: 回転数を頻繁に変えなくて済むため、待ち時間が少なく、サクサク読み書きできる(ランダムアクセスが速い)
  • 工夫: 外側がスカスカにならないようエリア分けすることで、CD並みの大容量 も確保。

まとめ

Panasonic WoodyのPDドライブは、「髪の毛の50分の1の細さの道を、5km分も走破しながら、バクテリアサイズの焦げ跡を読み書きしていた」 ことになります。

しかも、「大容量」と「高速アクセス」の両立まで狙っていたとは。 懐かしい「マイナー規格」だと思っていましたが、そこには間違いなく、世界をリードした日本の変態的(褒め言葉)な光ディスク技術が詰まっていました。

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