フォームファクター編
コンピュータ用の光ドライブには、大きく分けてハーフハイト型（デスクトップ型とも呼ばれる）とスリム型（ノートパソコンやコンパクトデスクトップパソコンに使用される）の2つのフォームファクターがあります。
ハーフハイト型の光学ドライブの高さは約4cm、スリム型の光学ドライブの高さは約1cmです。
ハーフハイト型の光学ドライブは、スリム型の光学ドライブの2倍以上の速度で動作します。これは、スリム型の光学ドライブの速度が、光ピックアップシステムの性能ではなく、ドライブモーターの回転速度（約5000rpm）の物理的な制限に制約されているためです。
ハーフハイトタイプは、スリムタイプの光学ドライブが5ボルトで動作するのに対し、より多くの電力と12ボルトの電圧を必要とするため、外付けのハーフハイトタイプの光学ドライブは、別途外部電源を入力する必要がありますが、外付けのスリムタイプは、通常、コンピュータのUSBポートから供給される電力だけで動作することができます。
ハーフハイト型はディスクを両側から固定し、スリム型は底面から固定します。
ハーフハイト型は、ディスクトレイの下と上にそれぞれ1つずつ、磁石の入った2つのスピンドルを使ってディスクを固定します。
ハーフハイトドライブでは、ディスクトレイの下と上にそれぞれマグネットを内蔵した2本のスピンドルを用いてディスクを固定します。スピンドルにはフロッキー加工やシリコン素材のテクスチャが施されており、ディスクが滑らないように摩擦を与えます。 上側のスピンドルはわずかに緩んだ状態になっていて、下側のスピンドルとは磁石で引き合うようになっています。 トレイを開くと、トレイの動きに連動して下側のスピンドルが上側のスピンドルから引き離され、トレイを閉じるとその逆になります。 トレイを閉じると、下側のスピンドルがディスクの内周に接触し、ディスクをトレイから上側のスピンドルにわずかに持ち上げ、下側のディスクについているマグネットに引きつけられ、ディスクを固定します。 下側のスピンドルだけがモーターで動く。 ハーフハイトドライブのトレイは、押して閉じるか、コンピューターで制御するか、またはドライブのボタンを使って制御することができるモーターライズドメカニズムを使って完全に開閉することが多い。 ハーフハイトドライブやスリムドライブのトレイは、使用しているプログラムによってロックすることもできるが、ドライブ前面の緊急取り出し用の穴にペーパークリップの先を差し込むことで、取り出すことができる。
スリムドライブは、特殊な形状のスタッドが放射状に配置された特殊なスピンドルを使用しており、ディスクの内周を押し付けています。
スリムドライブでは、特殊な形状のスタッドが放射状に配置された特殊なスピンドルを使用しています。ユーザーは、ディスクの内周部に均一な圧力をかけてスピンドルに固定し、親指をスピンドルに当てながら外周部から引っ張ってディスクを取り出します。 スピンドルの外周には、ディスクが滑らないように摩擦を与えるために、表面にテクスチャー加工されたシリコンが使われていることもある。 スリムタイプのドライブでは、すべての部品がディスクトレイ上にあり、コンピュータが制御できるスプリング機構を使ってディスクトレイが飛び出す。 このトレイは単独では閉じることができず、トレイが停止するまで押さなければなりません。
レーザー・光学編
光ピックアップシステム編
光ディスクドライブの最も重要な部分は光路で、その内部にはピックアップヘッド(PUH)があります。 PUHは、レーザーピックアップ、光ピックアップ、ピックアップアセンブリ、レーザーアセンブリ、レーザー光アセンブリ、光ピックアップヘッド/ユニット、光アセンブリとも呼ばれています。
当初は波長780nm（赤外域）のCD用レーザーが使われていました。
主に2つのサーボが使われています。1つ目のサーボはレンズとディスクの間の距離を適切に保ち、レーザービームがディスク上に小さなレーザースポットとして焦点を結ぶようにします。 2つ目のサーボは、ディスクの半径に沿ってピックアップヘッドを動かし、レーザービームをトラック（連続したスパイラル状のデータパス）上に維持します。
レーザーレンズの近くには、通常、光ドライブには1つから3つの小さなポテンショメーターが装備されています（通常はCD、DVD用に別々のものがあり、ドライブがサポートしている場合にはブルーレイディスク用に3つ目のものがある）が、細いドライバーを使って回すことができます。
DVDライターに使用されているレーザーダイオードは、最大100ミリワットの出力を持つことができ、そのような高出力は書き込み時に使用されます。
読み取り性（物理的なダメージや汚れを受けたディスクを読み取る能力）は、光ピックアップのシステム、ファームウェア、ダメージパターンの違いにより、光学ドライブによって異なる場合があります。
Read-only mediaEdit
工場でプレスされたROM(Read Only Media)では、製造工程において、平らな面に凸凹のあるガラスの原盤をメッキして作られたニッケルスタンパーに熱可塑性樹脂を押し付けてトラックを形成し、プラスチックディスクにピットやランドを形成します。 ピットの深さはレーザーの波長の約4分の1から6分の1であるため、反射光の位相が入射光に対してずれ、相互に破壊的な干渉を起こして反射光の強度が低下する。
Recordable mediaEdit
光ディスクレコーダーは、記録可能なCD-R、DVD-R、DVD+R、BD-Rディスク(ブランクと呼ばれる)に、有機色素層の一部をレーザーで選択的に加熱(焼き付け)することで、データをエンコード(色素層を永久に焼き付けることから、焼き付けとも呼ばれる)する。
これにより色素の反射率が変化し、プレスされたディスクのピットやランドのように読み取ることができます。 読み取り用のレーザーは通常5mW以下だが、書き込み用のレーザーはそれよりもかなり強力だ。
書き込み速度が速くなればなるほど、レーザーがメディア上の点を加熱する時間が短くなるため、出力も比例して大きくなります。
書き換え可能なメディアEdit
書き換え可能なCD-RW、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-REメディアでは、ディスクの記録層にある結晶性の金属合金をレーザーで溶かしています。 出力の大きさに応じて、結晶に戻るように溶かしたり、アモルファスのままにしたりすることで、反射率の異なるマークを作成することができます。
両面メディア 編集
両面メディアを使用することもできますが、物理的に裏返す必要があるため、通常のドライブでは簡単にアクセスできません。 2つの層は同じ側からアクセスできますが、レーザーの焦点を変えるための光学系が必要です。 従来の単層（SL）メディアは、データ記録層ではなく保護用のポリカーボネート層に螺旋状の溝が成形されており、記録ヘッドの速度を誘導・同期させている。 2層構造の書込みメディアは、浅い溝のある第1ポリカーボネート層、第1データ層、半反射層、深い溝のある第2（スペーサー）ポリカーボネート層、第2データ層で構成されています。
光熱印刷
一部のドライブは、特別にコーティングされたディスクにラベルを付けるために、Hewlett-Packard社のLightScribe、または代替のLabelFlash光熱印刷技術をサポートしています。
マルチビームドライブ
ゼンテクノロジーとソニーは、複数のレーザービームを同時に使用して、1本のレーザービームでは不可能な高速でのディスクの読み取りと書き込みを行うドライブを開発しました。 1本のレーザー光では、CDは25,000回転、Blu-rayは5,000回転を超えると読めなくなるなど、高速回転時に発生するディスクの揺れが限界となります。 CDは25,000回転、Blu-rayは5,000回転を超えると読めなくなってしまいます。 また、CDの内部を52倍で読むような27,500回転のCDは、爆発して周囲に大きなダメージを与える可能性があり、品質の悪いディスクや破損したディスクは、それよりも低い速度で爆発する可能性があります。
Zen社のシステム（三洋電機と共同開発、ケンウッドがライセンス供与）では、回折格子を用いてレーザービームを7本のビームに分割し、ディスクに集光します。中央のビームでディスクの溝を集光・追尾し、残りの6本のビーム（左右3本ずつ）を等間隔に配置して、ディスクの溝の6つの部分を並行して読み取ることで、低回転での読み取り速度を効果的に向上させ、ドライブノイズやディスクへのストレスを低減します。 ディスクの溝を読み取るために、左右に等間隔で配置されたビームが、ディスクから反射して、専用のフォトダイオードアレイに投影され、読み取られます。 この技術を採用した最初のドライブでは40倍、その後52倍、最終的には72倍で読み取ることができました。
ソニーのシステム（Blu-rayをベースにしたArchival Discをベースにした独自の光ディスクアーカイブシステムに採用）では、ディスクの両面に2つずつ、計4つの光ピックアップがあり、各ピックアップには2つのレンズがあり、合計8つのレンズとレーザービームがあります。
Rotational mechanismEdit
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いくつかの形式のディスクストレージのトラックを比較してみました（縮尺なし）。
* CD-R(W)やDVD-R(W)/DVD+R(W)レコーダーの中には、ZCLV、CAA、CAVの各モードで動作するものがあります。 -
ハーフハイトのCD-ROMドライブ（ケースなし）
光学ドライブの回転機構は、ハードディスクドライブのそれとはかなり異なります。 光学ドライブの回転機構は、ハードディスクドライブのそれとは大きく異なり、CAV（Constant Angular Velocity）、つまり1分間に一定の回転数を維持します。
一方、光学ドライブは、一定のスループットを実現することを前提に開発されており、CDドライブでは当初150KiB/sを実現していました。 これは、常に一定のビットレートが要求される傾向にあるオーディオのストリーミングデータにとって重要な機能でした。 しかし、ディスクの容量を無駄にしないためには、ヘッドはディスクの外周部でも速度を落とすことなく、常に最大のリニアレートでデータを転送する必要があった。 そのため、これまでの光学ドライブはCLV（Constant Linear Velocity）で動作していた。 ディスクの螺旋状の溝が、その頭の下を一定の速度で通過するのである。
その後のCDドライブでは、CLV方式を踏襲しつつも、より高速な回転を実現するために、基本速度の倍数で表現される回転速度に進化しました。
DVDの基本速度（1×速度）は1.385MB/s（1.32MiB/s）で、CDの基本速度の約9倍に相当します。
現代のほとんどのCD用途では、ディスク全体で一定の転送速度を維持することはそれほど重要ではないため、データレートを最大化しながらディスクの回転速度を安全に低く保つためには、純粋なCLVアプローチを放棄しなければなりませんでした。 一部のドライブでは、回転数の限界に達したときにCLVからCAVに切り替えるパーシャルCLV（PCLV）方式を採用しています。 しかし、CAVに切り替えるにはハードウェアの設計を大幅に変更する必要があるため、ほとんどのドライブでは「Z-CLV（Zoned Constant Linear Velocity）」方式を採用しています。 これは、ディスクをいくつかのゾーンに分け、それぞれのゾーンごとに等速性を持たせるものである。 例えば、「52×」のZ-CLVレコーダーの場合、一番内側のゾーンで20×の書き込みを行い、数段階に分けて速度を上げていき、外側のリムで52×にするというものだ。 回転速度を上げなくても、マルチビームと呼ばれるデータグルーブの2つ以上のポイントを同時に読み取ることで、読み取り性能を向上させることができますが、そのようなメカニズムを持つドライブは、より高価で互換性がなく、非常に珍しいものです。
LimitEdit
DVDとCDの両方が、損傷を受けたり過度の速度で回転したりすると爆発することが知られています。
2007年頃以降に発売されたほとんどのハーフハイト型光ディスクドライブの読み取り速度は、CDでは48倍、DVDでは16倍、ブルーレイディスクでは12倍（角速度）に制限されています。
一部の光ディスクドライブでは、光ディスクの内容に応じて、読み取り速度を最大40×CAV（Constant Angular Velocity）、最大20×CAV（Constant Angular Velocity）、最大30×CAV（Constant Angular Velocity）など、追加で絞り込んでいるものもあります。
光学ドライブの中には、オーディオCDのDAE(Digital Audio Extraction)では最大40×CAV(Constant Angular Velocity)、ビデオCDでは16×CAV、初期モデルでは4×CLV(Constant Linear Velocity)など、光ディスクの内容に応じて読み取り速度を調整するものがあります。
ローディングの仕組み
現在の光学ドライブには、電動式のトレイ（ハーフハイト型のデスクトップドライブなど）や手動式のトレイ（ノートパソコンのスリムタイプなど）にディスクをセットする「トレイローディング方式」と、スロットにディスクをスライドさせて電動ローラーで引き込む「スロットローディング方式」の2種類があります。
どちらの方式でも、電源を切った後にCDやDVDがドライブ内に残っていると、通常のドライブのイジェクト機構ではディスクを取り出すことができません。
スロットローディング方式の光ディスクドライブは、ゲーム機やカーオーディオなどに多く採用されています。
スロットローディング方式の光ディスクドライブは、ゲーム機やカーオーディオなどに多く採用されていますが、挿入の利便性は高いものの、通常は80mm径の光ディスクアダプターを使用しないと80mm径の小さいディスクや規格外のサイズを挿入できないこと、通常は緊急取り出し用の穴や取り出しボタンがないため、光ディスクが正常に取り出せない場合は分解しなければならないという欠点があります。 しかし、スロットローディング方式の光学ドライブの中には、ミニチュアディスクに対応したものもある。 任天堂の「Wii」はニンテンドーゲームキューブのゲームとの下位互換性があるため、またゲーム機の「PlayStation 3」は標準サイズのDVDと80mmディスクの両方を同じスロットローディングドライブにセットすることができる。
デスクトップPC用の初期のCD-ROMドライブには、最近のノートPCの内蔵光ディスクドライブや外付けの薄型ポータブル光ディスクドライブで採用されているトレイの取り出し方法に似た、トレイの取り出し機構が少しだけ出て、ユーザーが手動でトレイを引き出してCDをセットするタイプのものもありました。
Top-loadEdit
少数のドライブモデル、主にコンパクトなポータブルユニットには、ドライブの蓋を手動で上に開き、ディスクを直接スピンドルに置くトップローディング機構があります（例えば、すべてのPlayStation Oneコンソール、ほとんどのポータブルCDプレーヤー、およびいくつかのスタンドアロンCDレコーダーにはトップローディングドライブが搭載されています）。
デフォルトのトレイやスロットのローディングメカニズムとは異なり、トップローディング光学ドライブは電源に接続しなくても開くことができます。
Cartridge loadEdit
初期のCD-ROMドライブの中には、3 1⁄2インチのマイクロフロッピーディスケットに似た、専用のカートリッジまたはキャディにCDを挿入する仕組みを採用しているものがありました。 しかし、コストや互換性の問題から普及には至らなかった。また、裸のディスクを使用する際には、手動で開閉可能なキャディに挿入しなければならないという不便さがあったからだ。 UDO（Ultra Density Optical）、光磁気ドライブ、UMD（Universal Media Disc）、DataPlay、Professional Disc、MiniDisc、Optical Disc Archive、そして初期のDVD-RAMやBlu-rayディスクなどは、光ディスクカートリッジを使用しています。
コンピュータ インターフェース
すべての光ディスクドライブは、コマンドバスレベルでSCSIプロトコルを使用しています。 初期のシステムでは、フル機能のSCSIバスを使用していましたが、コンシューマー向けに販売するにはコスト的に難しかったため、独自にコストを削減したバージョンのバスを使用していました。 これは、当時のATA規格が、リムーバブルメディアやディスクドライブのホットプラグに対応していなかったためである。 最近のパソコンやサーバー、ワークステーション用の内蔵ドライブは、標準的な5 1⁄4インチ（5.25インチともいう）のドライブベイに収まるように設計されており、ATAまたはSATAバスインターフェースを介してホストに接続されますが、パラレルATA/IDEインターフェースをリムーバブルメディアに対応させるために開発されたATA Package Interface規格に基づき、ソフトウェアレベルではSCSIプロトコルコマンドを使用しています。 さらに、オーディオ用のデジタルおよびアナログ出力がある場合もあります。 この出力はヘッダーケーブルでサウンドカードやマザーボードに接続したり、初期の光学ドライブに多く搭載されている3.5mmのAUXプラグケーブルでヘッドホンや外部スピーカーに接続したりする。 かつては、CDプレーヤーに似たコンピューターソフトがCDの再生をコントロールしていた時代もあった。
初期の光学ドライブの中には、フロントパネルにCD再生コントロール用の専用ボタンを備え、単体のコンパクトディスクプレーヤーとして動作するものもあります。
当初、外付けドライブが人気を博したのは、ドライブが複雑な電子機器を必要とすることが多く、ホストコンピュータシステム自体に匹敵する複雑さを持っていたからです。 SCSI、パラレルポート、USB、FireWireの各インターフェースを採用した外付けドライブが存在し、最近ではUSBドライブが主流となっています。
SCSIインターフェースを備えたドライブは、もともと唯一のシステムインターフェースでしたが、需要の大半を占める価格重視のローエンドの消費者市場では普及しませんでした。 これは、インターフェイスのチップセットのコスト、複雑なSCSIコネクタ、独自のコスト削減アプリケーションに比べて販売量が少ないこと、そして何よりも、ほとんどのコンシューマー市場のコンピュータシステムにはSCSIインターフェイスが搭載されていないため、市場が小さかったことが理由として挙げられます。 しかし、コストを抑えた様々な独自の光学ドライブバス規格に対応したサウンドカードは、初期の頃は光学ドライブ本体にバンドルされていることが多かった。 また、サウンドカードと光学ドライブのセットでは、SCSIバスを搭載したものもあった。
光ディスクドライブが最初に開発されたとき、コンピュータシステムに追加するのは簡単ではありませんでした。 IBMのPS/2など一部のコンピュータは、3 1/2インチのフロッピーや3 1/2インチのハードディスクを標準化しており、大型の内蔵デバイスの置き場所がなかったのだ。 CD-ROMが登場した頃には、すでに2台のハードディスクをサポートするために使用されており、リムーバブルメディアをサポートすることはできませんでした。ドライブがシステム稼働中にバスから落ちたり取り外されたりすると、回復不能なエラーが発生し、システム全体がクラッシュしてしまいます。 初期の民生用ノートパソコンには、外部ストレージデバイスをサポートするための高速インターフェースが内蔵されていなかった。 ハイエンドのワークステーション システムやラップトップには、外部接続デバイスのための標準規格である SCSI インターフェイスが搭載されていました。
これはいくつかの技術によって解決されました。
- 初期のサウンド カードには、CD-ROM ドライブ インターフェースが含まれていました。 当初、このようなインターフェイスは各CD-ROMメーカーが独自に開発したものでした。
- パラレル ポートを使用して外部ドライブを使用する方法がある時点で開発されました。 このインターフェイスは伝統的にプリンタを接続するために使用されていましたが、一般的な神話にもかかわらず、それが唯一の用途ではなく、テープバックアップドライブなどを含むがそれに限定されない、さまざまな異なる外部補助デバイスがIEEE-1278バスに存在します。
- PCMCIA 光学ドライブ インターフェイスもラップトップ用に開発されました。
- SCSI カードをデスクトップ PC にインストールして、外付け SCSI ドライブ エンクロージャに対応したり、内部にマウントされた SCSI ハード ディスク ドライブや光学ドライブを実行することができましたが、SCSI は一般的に他のオプションよりもやや高価で、一部の OEM は割増料金を請求していました。
既存の実装には非同期性がないため、破損したセクタに遭遇した光学ドライブは、Windows Explorer などのドライブにアクセスしようとするコンピュータ プログラムをロックさせる可能性があります。
ドライブの内部メカニズム
写真の光学ドライブは右上に表示されていますが、ディスクはその上に置かれます。
一番上の写真を参照すると、画像センターのすぐ右側にディスク モーターがあります。金属製のシリンダーで、上部にグレーのセンタリング ハブと黒いゴム製のドライブ リングがあります。 写真には写っていませんが、円盤状の丸いクランプがカバーの内側にゆるく固定されていて、自由に回転できるようになっています。 ディスクトレイが内側に動かなくなった後、モーターとその付属部品が上昇すると、回転アセンブリの上部付近にある磁石がクランプに接触して強く引き寄せられ、ディスクを保持してセンタリングする。
写真の左上と右下の間にある2本の平行なガイドロッドは、移動する光学式読み書きヘッドである「ソリ」を支えています。 写真のように、この「そり」は、ディスクの端を読み書きする位置に近づいています。 連続して読み書きを行う際に「そり」を移動させるために、ステッピングモーターがリードスクリューを回転させて、「そり」を全移動範囲にわたって移動させます。 モーター自体は、最も遠いショックマウントの左側にある短い灰色のシリンダーで、その軸はサポートロッドと平行になっています。
これに対して、2枚目の写真にあるメカニズムは、安価なDVDプレーヤーに搭載されているもので、ソリの移動とディスクの回転の両方に、精度と効率の低いブラシ付きDCモーターが使用されています。 古いドライブの中には、ソリを動かすのにDCモーターを使用しながら、位置を把握するために磁気式のロータリーエンコーダーを搭載しているものもある。
グレーの金属製シャーシの四隅にはショックマウントが施されており、外部からの衝撃に対する感度を下げ、高速動作時の残留バランスの崩れによるドライブノイズを低減しています。
3枚目の写真では、レンズ機構のカバーの下にある部品が見えています。 レンズホルダーの左右にある2つの永久磁石と、レンズを動かすコイルが見えます。
4枚目の写真では、光学パッケージの内部を見ることができます。 これは CD-ROM ドライブなので、アセンブリの左下に取り付けられた黒い部品であるレーザーは 1 つしかありません。 レーザーのすぐ上には、ディスクにビームを照射するための第1集束レンズとプリズムがある。 中央にある背の高い薄い物体は、レーザービームを複数の方向に分割する半透明のミラーです。 ミラーの右下には、ディスクで反射したビームを感知するメインフォトダイオードがあります。
オレンジ色の不規則な素材は、エッチングされたフレキシブルな銅箔を薄いプラスチックシートで支えたもので、これらはエレクトロニクス（図示せず）にすべてを接続する「フレキシブル回路」です。