光学ストレージ

光ストレージとは、光を使用して基礎となる光メディアにデータを読み書きするデータストレージシステムのクラスを指します。長年にわたってさまざまな光フォーマットが使用されてきましたが、最も一般的な例はコンパクトディスク（CD）やDVDなどの光ディスクです。読み取りと書き込みの方法も時代とともに変化してきましたが、2023年時点でのほとんどの最新システムはレーザーを光源として使用し、ディスクの読み取りと書き込みの両方に使用しています。 ^[1]ブリタニカは、「低出力のレーザービームを使用してデジタル（バイナリ）データを記録および取得します」と述べています。^{[2] [3][update]}

光学ストレージは、光学的に読み取り可能な媒体にデータを保存することです。データは、光、通常は回転する光ディスクに正確に焦点を合わせたレーザー光線の助けを借りて読み取ることができるパターンでマークを付けることで記録されます。コンピューターを使用する必要のない光学ストレージの古い例としては、マイクロフォームがあります。データを光学的に保存する他の方法もあり、新しい方法が開発されています。光ディスク ドライブは、CD-ROMやDVD やBlu-rayディスクなどの他の光ディスクを読み取ることができるコンピューター内のデバイスです。光学ストレージは、フロッピー ディスクやハード ディスクなどの磁気、またはフラッシュ メモリなどの半導体などの他の技術を使用する他のデータ ストレージ技術とは異なります。

ディスク形式の光学ストレージは、リアルタイムでコンパクトディスクに記録する機能を提供します。コンパクトディスクは、オーディオテーププレーヤーに比べて、高音質やデジタルサウンドの再生機能など多くの利点がありました。 ^[4]光学ストレージは、環境に優しく、高エネルギーでの効率性も高く評価されました。 ^[5]

光学式ストレージは、単一の CD-ROM を読み取る単一のドライブから、光学式ジュークボックスなどの複数のディスクを読み取る複数のドライブまでさまざまです。単一の CD (コンパクト ディスク) には約 700 MB (メガバイト) を保存でき、光学式ジュークボックスにはそれよりはるかに多くの容量を保存できます。単層 DVD は 4.7 GB、二層 DVD は 8.5 GB を保存できます。これは、DVD を両面にし、ディスクの両面に読み取り面を持たせることで、それぞれ 9.4 GB と 17 GB に倍増できます。HD DVD は、単層で 15 GB、二層で 30 GB を保存できました。HD DVD を打ち負かして HDTV 光学フォーマット戦争に勝利した Blu-ray ディスクは、単層で 25 GB、二層で 50 GB、四層ディスクで最大 128 GB を保存できます。光学式ストレージには CD と DVD が含まれます。

IBMは、コンピューティングの初期の歴史の大部分において、光ストレージシステムの開発をリードしていました。1959年に、ロシア語の17万語と語句とその英語の翻訳を保存した光ディスクを使用する自動言語翻訳装置を導入しました。 ^[6] 1961/62年には、従来の白熱電球を光源として、光電セルを検出器として使用して読み取られる小さな写真スライドを使用するIBM 1360を発表しました。別のシステムが電子銃を使用してスライドにデータを書き込むため、読み取り/書き込みシステムになりました。完全に拡張された1360は、約0.5テラビットのデータを保存でき、セミランダムアクセスが可能でした。^[7]同様のサードパーティシステムには、Foto-Mem FM 390がありました。

1960年代から70年代にかけて、さまざまな形態の光学メディア（主にディスク形式）が磁気記録と競合したが、広く普及することはなかった。半導体レーザーの導入により、記憶密度とコストの両面で光学ストレージをより実用的にするために必要な技術がもたらされた。価格が消費者向け製品に使用できるレベルまで下がり、1978年にアナログレーザーディスク形式が導入された。これに続いて1982年8月にはデジタルオーディオの オーディオ/音楽CDが導入され、^[8]すぐにこのメディアへのデータ記録を標準化する取り組みが始まった。これは1985年に「イエローブック」として導入され、 CD-ROMとして知られるようになった。^[9]

1983年、フィリップスは業界会議で磁気光ドライブ技術に関する初期の取り組みを紹介した。これはレーザーを使用して記憶媒体を温め、磁場の影響を受けやすくし、ハードドライブに使用されているものと同様の電磁石を使用して内部の材料を再配置することでデータを書き込むものだった。読み取り中は従来の光学ドライブと同様に機能し、レーザーはディスクを加熱するには低すぎる低エネルギーレベルで動作した。IBMが将来のIBM PCのバージョンでこれを使用するという噂が一時は広まったが、^[10]これは実現しなかった。キヤノンは3.5インチフロッピーディスクに使用されているものと同様のジャケットにパッケージされたバージョンを紹介した。1985年に発表されたが、1988年にNeXT Computerの中心的存在になるまで大きな用途はなかった。^{[11]この設計のバリエーションは1990年代を通じて発表されたが、}ソニーのミニディスク形式がある程度成功したとはいえ、日本国外ではあまり普及しなかった。 ^[12]

1988年、「オレンジブック」は既存のCDフォーマットに追記型フォーマットのCD-WOを追加した。このメディアは既存のCDドライブと互換性があり、音楽やデータを記録して既存のドライブで読み取ることができた。時が経つにつれ、これはCD-Rとして知られるようになった。^[9] 1990年、オレンジブックはCD物理フォーマットの磁気光学式再書き込み可能バージョンであるCD-MOを追加した。これは主にディスクがジャケットに封入されていない点で以前のMOシステムと異なっていた。このフォーマットはあまり使われなかった。ドライブとメディアの継続的な改良により、1997年にディスクの書き込み、消去、再書き込みが可能なCD-RWフォーマットが追加されました。このフォーマットはCD-Rなどの古いCDドライブとは互換性がありませんが、CD-RWの使用が急増した2000年代にはCD-RWの読み取り専用ドライブが一般的になりました。

1996 年に DVD が導入されたことで、光学メディアはさらなる大きな一歩を踏み出した。これは、CD が音楽に与えた影響と同じような影響をビデオに与えた。当初は「デジタル ビデオ ディスク」と呼ばれていたが、リリース前に「デジタル 多用途ディスク」という名前に変更され、コンピューターのストレージとしても有用であることが示された。^[13] 時が経つにつれ、DVD は CD と同様のパターンをたどるようになった。パイオニアは1997 年に、既存の DVD ドライブで読み込める追記型フォーマットであるDVD-Rを導入した。^[14]しかし、2002 年に2 つ目の追記型フォーマットであるDVD+Rが登場し、デュアル フォーマットドライブが普及するまでの短いフォーマット戦争が勃発した。読み取り/書き込み型フォーマットであるDVD-RWは 1999 年に導入されたが、以前の CD と同様に「通常の」DVD ドライブでは読み取れなかった。時が経つにつれ、改良が進み、ほとんどの新しい DVD ドライブはこれらのメディアのいずれも読み取れるようになった。^[15]

この時代におけるもう一つの技術的進歩は、青色および近紫外線スペクトルで動作する高周波半導体レーザーの導入であった。これらのより短い波長は、基礎となる媒体の進歩と相まって、ディスク上にはるかに多くのデータを保存できるようになった。 2000年代初頭に高精細テレビが広く導入されたことで、はるかに大きい高解像度のビデオファイルを保存できる媒体の必要性が問題となり、^[16] HD DVDとBlu-rayという2つの競合する規格が生まれた。前者は既存のDVD製造設備で製造できたが、（当初は）解像度の低いビデオフォーマット（およびデータストレージが少ない）を提供したのに対し、後者は新しい製造設備が必要であったが、1080pをサポートしていた。やがて、Blu-rayは高精細光ディスクフォーマット戦争に勝利し、 2008年2月19日、東芝がHD DVDの撤退を発表した。市場がすぐにストリーミングサービスに移行したため、これはピュロスの勝利であることが判明した。ブルーレイは技術的な品質の点でストリーミングサービスよりも好まれていますが、2023年時点では市場シェアはわずかです。^[17][update]

2023 年現在^[update]、Blu-ray は広く普及している最後の主要な光学フォーマットです。ブロードバンド インターネットの速度がますます高速化したことで、メディアやビデオ ゲームの配信媒体としての役割の多くが置き換えられ、2010 年代を通じてフラッシュ メモリの価格が急落したことで、読み取り/書き込みフォーマットによるアーカイブの役割も置き換えられました。新しい光学規格の基礎として提案されている新しいテクノロジは数多くありますが、広く普及していません。これには次のものが含まれます。

• ホログラフィック多用途ディスク（HVD）は2003年に導入されたが、まだ商業的には使用されていない。
• 210ナノメートルの紫外線レーザーは密度を約2倍にする^[18]
• 3D光学データストレージは、複数のメディア層を持ち、Blu-rayの容量の倍数を保存します。
• 5D光学データストレージは、主に数千年単位の長期データ保存を目的としています。
• 近接場光学
• 固体浸漬光学系（非常に高い開口数を実現）。
• UVやX線などの非常に短い波長を使用するディスク。
• レイヤー選択ディスク（LS-R）。
• マルチレベルテクノロジー。
• 複雑なピット形状により、複数のチャネルを 1 つのトラックに保存できます。
• 波長多重化技術。

光ストレージ技術協会( OSTA )は、記録可能な光データ ストレージ技術と製品の使用を促進するために設立された 国際業界団体です。

• 光学メディアの保存
• 5D 光学データストレージ(バブルグラムに使用されている技術と同様の技術を使用した光学ストレージの方法)
• 3D光学データストレージ