物理 ： 光ディスクの構造とその利用―光の回折と干渉―

【実験の目的】

CDや DVDの記録面が色づいて見えるのは、記録面からの反射光が、回折・干渉するからである。

そこで干渉の明線の間隔から CDと DVDのトラックピッチを測定する。

【実験方法の概要】

実験のために準備する装置

・板をクリップでブックスタンドに取り付ける

・板から直角に机上中央に物差し(100cm)を固定する。

・CDをブックスタンドに取り付ける。

実験方法

１. 穴からレーザー光を CDに向けて照射する。反射光のうち 0次(ｍ＝0)の明線が穴の方向に、

１次(ｍ＝１)の明線が録用紙の両端に投影されるよう CDの位置を調節する。

２. 板から CDまでの距離 L[ｍ]を測定する

３. ０次と１次明線の間隔 X[ｍ]を測定する(２Xを測定しその１/２から平均値 Xを算出する)。

４. CDを DVDに取り換えて同様の実験を行う。

【考察・まとめ】

実験結果 板と CDの距離

L[ｍ]

１次明線の距

離２X[ｍ]

０次と一次の

距離 X[ｍ]

レーザー光の

波長λ[ｍ]

トラックピッ

チｄ[μｍ]

DVD 0.22. 0.846 0.423 632.8 0.335

・CD、DVDでのトラックピッチは DVDのほうが間隔が狭い。だから DVDは一枚に記録できるデータ容

量が CDよりも多いと考えられる。

・CDには６５０MBと７００MBが存在する。これは CDとして認められるトラックピッチの範囲で限界

までトラックピッチを狭くすることで一枚に許容できるデータが多くなる。

・ブルーレイディスクのトラックピッチは狭すぎるため、実験でできる明線は可視光でないことが分

かった。

【午前午後の実習を通しての感想】

今回の実験では、光学顕微鏡、電子顕微鏡を使うことなく n・μ・ｐまでを幾何学と 1㍍定規のみ

を利用して観測した。しかもこの幾何学は物理の授業で教わった計算である。僕はこの程度の知識で

こんなことができるのかととても驚いた。おかげで以前よりサイエンス化学など自然科学に興味を持

てたように感じる。また蛙の解剖をしたいとは思はないがまた次に今回のような実習を行う機会があ

るならばぜひ参加したい。

物理 ： ＢＤのトラックピッチの測定

【実験の目的】

ＢＤのトラックピッチは 0.32μⅿとゆう肉眼では絶

対に見えない小ささで表されている。そんな肉眼では

見えない物を身近にできる実験を利用して測定を行った。

【実験方法の概要】

＜準備する物＞

緑色レーザーポインタ(λ＝532nm)、ＢＤ、グラフ用紙

物差し、輪ゴム、セロハンテープ、洗濯バサミ、

ブックスタンド、厚紙、ペットボトル、を使いこのような実験装置をつくる＜実験手順＞レーザー

をＢＤにあて反射した一次明線を厚紙にある中心線にあたるようにＢＤ側のスタンドを調整する。

その調整したスタンドの角度をグラフ用紙に記入する。そして記入した線を斜辺とした三角形を

つくり、高さと斜辺の数値を物差しで測り下の画像の公式にあてはめ計算する

【結果】

三角形を物差しで測ったところ斜辺 20.95㎝高さ

17.62㎝でした。これを公式に当てはめ計算したと

ころ３１６㎚でした。

この記録をμⅿに直すと

だいたい０．３２μⅿになった！

この結果はＢＤのトラックピッチ一致！！！

【考察・まとめ】

肉眼では見えないものを簡単な実験でそして計算でＢＤのトラックピッチの値をだせたことは分

かった。考え方を変えるだけでこんなにもすごいことが出来ることに感激した。

【午前午後の実習を通しての感想】

午前の実習、物理分野で先生には光の知らないことを沢山教わりました。先生の実験では普通に

は無理なことを可能にしてくれるものがほとんどでとても魅力をかんじました。とにかく物理の

面白さを先生に教えてもらいとても楽しく実習ができてよかったです。そして世界にはめちゃくち

ゃ頭がいい人がいるんだと思いました。

物理 ： CD,DVD,BDのトラックピッチを測ろう！

【実験の目的】

CD.DVD.BD(ブルーレイ)には記録面にピット（小さな出っ張り）とランド（ピットのない平面部分）

があってランドを挟んだピットの間隔をトラックピットという。この幅は nmを使う領域なので肉眼

では確認できません。そこで！先生の作った簡単な装置で測ってみることにした。

【実験方法の概要】

簡単には CD.DVD.BD.ブックスタンド.板.ものさし 2本（金

属製 100cm）.厚紙.レーザー光源があればほぼ測れる。

写真のような装置をつくります。（板の奥にレーザー光源あ

り）

そして、出た数値を

にあてはめる。

【結果】

CDの場合この値が 380nm～770nmの間ならしっかりもとまっ

ているということになる。どの班も 380nm～770nmの間とな

っていて平均をとってもなっていたのでどの班もトラック

ピットを求めることができました。

DVDの場合はトラックピットが狭くなるので少し大変にな

るが先生の作った装置だと簡単にもとまることができ DVD

の実験でもどの班もトラックピットをもとめることができ

ました。

BDに関しては、先生の作った装置では測定はできないので

先生はまた新たな装置をつくりました。詳しくはほかの誰か

がレポートにまとめているだろう・・・

【考察・まとめ】

この実験で、何 nmしかないトラックピットをほぼ正確に測ることができました。それもほぼ身近に

あるもので測ることができたので、すごい先生だと感動してしまいました。そして結果にはまとめる

ことが難しくて書けなかった BDのトラックピットもしっかり測ることができました。

【午前午後の実習を通しての感想】

自分はこのセンター実習の生物、物理、化学、地学の中から物理と化学を選び実習に参加しました。

どの実習も少し難しく学校ではできないような応用的なことを学ばせていただきました。物理では光

の回折と干渉について実習しました。とてもわかりやすく、そして簡潔に指導していただき楽しく実

習できました。トラックピットを測ることができたときは感動しました！化学ではクロマトグラフィ

ーという分離方法でアルコールの分離をし、分かったことをまとめ発表するということをしました。

なんとか分離やその割合などを測ることができたのですが、うまくまとめることができず発表がうま

くいきませんでした。これを生かし、次はしっかりとプレゼンしていきたいです！とにかくこのセン

ター実習は楽しかったです！！

物理 ： CD、DVDのトラックピッチの測定

【実験の目的】

光は波動であり、回折や干渉をする。CDや DVDの記録面が虹色に見えるのは、記録面にある小さな突

起(ピット)部分が光を拡散させて、その部分の反射光が見えなくなり、ピットのない平面部分だけが反

射するため、その反射光で回折・干渉するためである。そこで干渉の明線の間隔から CDと DVDのトラ

ックピッチを測定する。

【実験方法の概要】

スクリーンをたてて、真ん中のあたりに穴をあける。CD

を洗濯バサミでブックスタンドに取り付ける。穴からレー

ザー光を CDに向けて照射し、反射光のうち 0次の明線が穴

の方向に向けて、1次の明線が

スクリーンに映るように CDの位置を調節する。スクリーン

と CDの距離 L[ｍ]を測定する。0次と 1次の明線の間隔

X[ｍ]を測定する(2Xを測定しその 1/2から平均値 Xを算出

する)。DVDでも同様に実験を行う。

【結果】

工業規格：CD 1.6㎛±0.1 DVD 0.74㎛±0.01

【考察・まとめ】

実験結果がそれぞれ工業規格の範囲内におさまっていて、この実験でトラックピッチを求めることが

できると確認できた。CDと DVDの記録容量を比べると、トラックピッチの狭い DVDのほうがたくさんの

データを記録できると思われる。

【午前午後の実習を通しての感想】

地学の実習で『アンモナイトを削らナイト』の時に、はじめてアンモナイトを見たときは、見た目の

おもしろい生き物だと思いました。殻の中にある部屋の壁が外側を向いているものがアンモナイトで、

内側に向いているものがオウムガイというもので、削らないとどちらかわからないくらいそっくりでし

た。頑張って削りましたが、オウムガイだったのでちょっと残念でした。『有孔虫化石の観察』では、

たくさんの化石を確認できて、いろいろな形の化石が見られてとてもおもしろかったです。物理の実習

では、空き缶で分光器をつくりました。見る光を太陽光や蛍光灯と変えると、分光器で見られる光が変

わっておもしろかったです。

L[ｍ] 2X[ｍ] X[ｍ] He-Neガスレーザー

(赤色)の波長λ[nｍ]

トラックピッチ

ｄ[㎛]

CD 0.933 0.785 0.3925 632.8 1.63

DVD 0.230 0.771 0.3855 632.8 0.737

物理 ： センター実習 レポート

【実験の目的】

可視光線の波長の測定

CD,DVD,BDのトラックピッチの測定

実験方法の概要】

【材料】CD,DVD,ものさし x2、レーザー光源

ブックスタンド x3厚紙、板、乾電池、電池ボックス、豆電球

付箋、ものさし、テープ、はさみ

〔可視光線の波長の測定〕

実験用紙を加工したものを用意し、穴を開けた部分の後ろに豆電球をおく。

CD-Rを覗き込んで見えたスペクトル(赤、紫)の位置を記録し、

λ=d*{X/(√L^2+√X^2)}の式を使い計算する。

〔CD,DVD,BDのトラックピッチの測定〕

CD,DVD,BDにレーザー光を照射。一次の明線が記録用紙の両端に投影されるように CD,DVD,BDの位置

を調整。CD,DVD,BDからレーザー光源までの距離 Lと 0次と１次の明線の距離 Xを測定。

CD,DVDは d=λ*{(√L^2+√X^2)/X}、BDは d=λA/2Xの式を使ってトラックピッチ dを出す。

【結果】

〔トラックピッチの測定〕 赤色レーザー：λ=632.8*10^-9 緑色レーザー：λ=532*10^-9

L(m) X(m) 工業規格 CD:1.6μm±0.1 DVD:0.74μm BD:0.32μm

CD 0.933 0.3925 d=632.8*10^-9*{(√(0.933)^2+√(0.3925)^2)/0.3925}=1.631[μm]

DVD 0.230 0.3855 d=632.8*10^-9*{(√(0.230)^2+√(0.3855)^2)/0.3855}=0.737[μm]

A(cm) X(cm)

BD 24.0 20.0 d=(532*24.0)/(2*20.0)=319.2[nm]=0.3192[μm]

〔可視光線の波長の測定〕d=1.5μm

L(cm)=19.5cm X(赤)=5.4 X(紫)=10.2

λ(赤)=1.5*{5.4/(√(19.5)^2+√(5.4)^2)}=400[nm]

λ(紫)=1.5*{10.2/(√(19.5)^2+√(10.2)^2)}=695[nm]

【考察・まとめ】

〔トラックピッチの測定〕

実験結果より、CDのトラックピッチは 1.631μｍ、DVDは 0.737μｍ、BDは 0.3192μmだとわかった。

なぜ BDだけ測定方法が異なるのか？・・・BDはトラックピッチが 320nmであり、λ=d*sinθの式を

使うとλ(赤、紫)=320*sinθ=(770,380)となり sinθは 1以上になってしまい CDと DVDと同様の測定

方法では測定できなくなってしまうため。

〔可視光線の波長の測定〕

実験結果より、観測者が見ることのできる可視光線の波長は 400nm～695nmだとわかった。

※観測者により実験結果は異なる。

【午前午後の実習を通しての感想】

午前中は物理をやりました。内容は CD、DVD、BDのトラックピッチの測定、可視光線の波長の測定

空き缶を使った分光器の製作でした。トラックピッチの測定では設置するのすごく簡単な実験器具だ

ったのに、かなりの精度でトラックピッチの大きさが測れたのに驚きました。可視光線の波長の測定

では、最初に先生が個人の脳によって見える領域が異なると言っていたので、本当かなと思いながら

実験したところみんな見事に違っていました。自分は赤のほうがよく見えるタイプでした。

空き缶を使った分光器の製作では、ガムテープを使って CD,DVDのレーベル面をはがしたものを空き

缶の飲み口に張って空き缶に穴を開けてのみ口から中をのぞくと分解された光が見えるというもの

でしたが、CDと DVDで見える光の大きさが違うというのに加えて、見る光によって分解された光の強

さが異なるというのは面白かったです。

午後には生物をやりました。ゾウリムシの繊毛運動を見ましたが、結構速く動くことや、酢酸溶液

を入れると体から自分を守るための針のようなもの(毛胞)が出ることにびっくりしました。

こんな小さい生物でも自分を守る機能がしっかり備わっているんだなと思いましたね。

二つ目は待ちに待ったカエルの解剖でした、使ったカエルは麻酔のかけられた食用の大きなカエルで

した。腹をはさみを使って裂き、各器官がどこにあるかを調べてから、心臓の取り出しをしました。

心臓を取り出して生理食塩水につけて様子を見ると動いてました。心臓ってすごいですね。

そこから消化器官を取り出し、背骨や神経、眼球などを観察しました。神経を前電気ピンセットで挟

むと足が痙攣しながら持ちあがりました。眼球では、中から水晶体を取り出したりしました。

水晶体は硬めで新聞紙の上に置くとちゃんと拡大できていました。

解剖するのは面白かったですけど、においがちょっとアレでしたね。

午前、午後と実習をしましたがどちらも授業じゃできない事ばっかりでとても面白かったです。

物理 ： 光ディスクの構造とその利用

～光ディスクのトラックピッチの測定～

【実験の目的】

ＣＤやＤＶＤの記録面が色づいて見えるのは、記録面からの反射光が、回折・干渉するからである。

そこで干渉の明線の間隔から光ディスクのトラックピッチを測定する。

【実験方法の概要】

〈材料〉

・光ディスク ・記録用紙(Ａ3) ・セロハンテープ ・洗濯バサミ ・ターンクリップ

・レーザー光源 ・ブックスタンド ・厚紙 ・板 ・ものさし

〈方法〉

・穴からレーザー光線を光ディスクに向けて照射する。反射光のうち 0次の明線が穴の方向に、1次

の明線が記録用紙の両端に投影される光ディスクの位置を調整する。

・板から光ディスクまでの距離をＬ〔ｍ〕を測定する。

・0次と 1次明線の間隔Ｘ〔ｍ〕を測定する。

【結果】

工業規格 実験結果

ＣＤ 1.6μｍ ±0.1 １．６３０μｍ

ＤＶＤ 0.74μｍ ０．７３５μｍ

【考察・まとめ】

今回の実験から、身近にあるものを上手く組立てるこで光ディスクのトラックピッチと言う

μｍ単位の数値を測定することが出来た。求められた実験結果も誤差も無いといって言いぐらいに

正確に測定することが出来た。

Ｌ(ｍ) 2Ｘ(ｍ) Ｘ(ｍ) レーザーの波長λ(n) トラックピッチ(μ)

ＣＤ ０．９３３ ０．７８５ ０．３９２５ ６３２．８ １．６３０

ＤＶＤ ０．２５０ ０．８４６ ０．４２３ ６３２．８ ０．７３５

【午前午後の実習を通しての感想】

午前中の物理の実験では、身近にあるものを発想ひとつで極微量なものも測定することが出来るの

だと、とても驚きました。こういった発想の中で新たなものが生み出され僕たちの生活が豊かになっ

てきたのかなと感じ、僕もこのような柔軟な発想が出来るようになりたいと思いました。実験を通し

ての講義は分かりやすく、「波」についての理解を深めることが出来ました。

午後からの生物では、「カエルの解剖」ということで生涯初、解剖というものをしました。実物を

目の前に説明を受けると普段の学習以上に学習内容が脳裏に焼きつきました。先生方は素手で内臓を

触っていたので、人の慣れと言うものは怖いなと感じました。

物理 ： 緑色レーザーを用いた BDのトラック

ピッチの測定実験

【実験の目的】

緑色のレーザーポインタを用いて回折・干渉実験

を行い、BDのトラックピッチを測定する。

【実験方法の概要】

実験は、記録面にレーザー光を垂直に入射させて

も回折による干渉はおこらないため、斜め方向から

レーザー光を入射させる。

① ブックスタンド１に厚紙を輪ゴムで取り付け

る。

② グラフ用紙の任意の線を基準線とし、線を紙の端まで延長して描く。

③ ペットボトルに水を入れ、蓋を閉める。

④ 厚紙の穴にレーザー光が通過するように、ブックスタンド１にペットボトルを置く。

⑤ ブックスタンド２に洗濯バサミで BDを取り付ける。記録面にレーザー光を照射する。物差

しを用いて基準線を底辺とする直角三角形を描く。

⑥ 斜辺 A[ｃｍ]、高さ X[ｃｍ]を測定する。

【結果】

緑色のレーザーの波長；λ ５３２㎚

斜辺 Aの長さ ２４.２㎝

高さ Xの長さ ２０ｃｍ

【考察・まとめ】

実験結果から、BDのトラックピッチｄ[㎚]を計算する。光を強めあう条件式

ｄ＝

sin2より、BDのトラックピッチｄを求める計算式はｄ＝

X

A

2

となる。計算すると、

３２２㎚となった。工業規格(３２０[㎚])と比較すると、誤差は２㎚で、ほぼ同じになった。

【午前の実習を通しての感想】

この実験をすると聞いたときは BDのトラックピッチを測定することはとても大変で、時間がか

かるのではないかと疑問に思いました。先輩方は去年この実験をやってないと聞き、少し不安にな

りました。そのため、手順などの説明をしっかりと聞きました。やり方はとても簡単だったので驚

きました。先生の言われたとおりに測定してみると、無事に成功しました。工業規格との差もほと

んどありませんでした。この実験をしてみて、また似たような実験をしてみたいなと思いました。

物理 ： 光ディスクの構造とその利用

【実験の目的】

最近物理で習った光の回折と干渉を利用して光ディスクである CD,DVD,BDの構造を理解する。また CD

や DVDの記録面が色付いて見えるのは、記録面からの反射光が、回折、干渉するからで、その干渉の

明線の間隔から CDと DVDのトラックピッチを観測してみる。

【実験方法の概要】CDと DVD

・穴からレーザー光を CDに向けて照射する。反射光のうち０次の明線が穴の方向に、一次の明線

が記録用紙の両端に投影されるように CDの位置を調節する。

・板から CDまでの距離 L[m]を測定する。

・０次と１次の明線の間隔 X[m]を測定する。

・CDを DVDに取り替えて同様の実験をする。

d・sinθ=mλ

[m=1]より

d=λsinθ/1

【結果】

[CD]

L=0.933 X=0.3925

よって CDのトラックピッチ d=1.63[μm]

[DVD]

L=0.230 X=0.771

よって DVDのトラックピッチ d=0.737[μm]

【実験方法の概要】BD

・ブックスタンド１に厚紙を輪ゴムで取り付ける。

・グラフ用紙に線を書く。

・ブックスタンド１とグラフ用紙をこていする。

・ペットボトルに水を入れる。

・レーザーをガイドに乗せる。

・厚紙の穴にレーザー光が通過するように調節する。

・レーザー光がブックスタンド２の端ギリギリにあたるようにする。

・ブックスタンド２に BDを取り付ける。

・記録面にレーザー光を照射する。

・ブックスタンド２のガイドに従って線を描く。

・直角三角形を書く。

・斜辺 Aと高さ Xを測定する。

【結果】

レーザー光の波長 λ=532mm

斜辺 A ２４ｃｍ

高さ X ２０ｃｍ

よってドラックピッチ d=319[μm]

【考察・まとめ】

ちょうど物理で習いたてのところだったため、あたまにはいりやすかった。cdや dvdが光の回折と干

渉に関係ししていた事にびっくりした。

実験では、ふつうは目にも見えないくらい小さな角度があんな簡単で安く収まっている実験道具で的

確に導き出すことができて、やはり物理の世界はうまくできていて、あらためて興味をもった。また

分からないところは丁寧に教えてくださったので、理解プラス応用も簡単に、そして納得ができる授

業だった。

この授業を通して、物理の復習または応用ができた。そしてなによりも、物理というものが自分たち

の身近にあり役立っているということを生で感じ、物理に対する見方が大きく変化した。

【午前午後の実習を通しての感想】

午前は自分の苦手なカエルの解剖がメインだった。すこしの時間だけだったが微生物を電子顕微鏡

で観察をした。核や周りのものがよく観察できておもしろかった。カエルの解剖のときは何もできな

かったので先生に申し訳なかった分、物理は人一倍一生懸命に取り組んだ。物理では実験がとても分

かりやすく、ほんとんに自分にとって役立ったとおもいます。とくにこの実験のおかげで物理にたい

する見方が変わったことが自分にとってプラスになったと思います。このような貴重な体験をさせて

いただきほんとによかったです。

ブルーレイのピット間隔を調べてやろうじゃないか！！

【目的】

・DVDや CDで使った方法とは違う方法でブルーレイのピットの間隔を調べる。

【方法】

○先生の説明した通りに組み立て、しっかりと固定された実験器具で実験をすること。

① ブルーレイにレーザー光線を当て

て。反射光が光源に戻っていることを

確認する。

② ブックスタンドを干渉したレーザ

ー光ｍ＝1が光源と重なるまで傾ける。

③ 写真のように線を引いて、三角形

を作り、三平方の定理を使ってθを求

めてピットの間隔をもとめる。

【考察・まとめ】

この実験は、CDや DVDのピット間隔を

調べる方法とは違います。なぜならブル

ーレイはほかのに比べて、ピット間隔がものすごく狭く、干渉が大きくなって、ｍ＝1の明

線がものすごく離れたところにできるからです。教科書に書いているブルーレイのピット

間隔 320㎚は、可視光線の波長の

範囲を超えています。しかし、三

平方の定理と計算能力をもって

すれば、目には見えない光が求め

られる。

【感想】

私はセンター実習に行くまで、

干渉の実験について何も理解し

ておらず、出てきた公式を丸暗記

して、なんとかやり過ごしていま

した。しかし、先生は面白おかし

く CD,DVD、ブルーレイの構造や、干渉のしくみを教えてくださいました。

先生の説明はものすごく噛み砕いて説明しているのに必要なことは何一つ抜けていない

のが不思議でした。やっぱり難しくなってしまうのだけれど、理解ができる。私の理解し

ようという気持ち次第で、差が出たのかもしれないけれど、干渉について初めて納得がい

った実験でした。