ウィラード・ボイル：フィルムを終わらせた男

ケベック州の田舎で14歳まで母親から家庭教育を受けた少年は、成長してアポロ計画の着陸地点を選定し、初の連続動作ルビーレーザーの構築を支援し、そして1969年に光を電気電荷のパケットに変換する装置を共同発明した。電荷結合素子（CCD）により、NASAは宇宙から鮮明な画像を地球に送信できるようになり、地球上のあらゆるデジタルカメラにセンサーが搭載されるようになった。ノーベル賞委員会が彼に電話をかけるまで40年を要した。

ケベックでの家庭教育

ウィラード・スターリング・ボイル（Willard Sterling Boyle）は1924年8月19日にノバスコシア州アマーストで生まれ、2歳頃にケベック州へ移住した。14歳まで母親から家庭で教育を受け、その後モントリオールのロワー・カナダ・カレッジに入学し、初めて正式な学校教育を受けた。

マギル大学に進学したが、1943年に第二次世界大戦により中断された。ボイルはカナダ海軍に入隊し、カナダ海軍航空隊に貸し出された。1946年に風景画家のベティと結婚し、4人の子供、そして最終的に10人の孫と6人のひ孫に恵まれた。

マギル大学に復学し、1947年に学士号、1948年に修士号、1950年に質量分析に関する論文で博士号を取得し、4年間で3つの学位を取得した。

産業界へ

ボイルはカナダ放射線研究所で1年間過ごした後、カナダ王立陸軍士官学校で2年間物理学を教えた。1953年、当時の大学の多くよりも重要な物理学を生み出していた産業研究機関であるベル電話研究所に入所した。

レーザーと月

1960年代は彼にとって飛躍の時代となった。1962年、ボイルはドン・ネルソンと共に初の連続動作ルビーレーザーを構築した。それまでのレーザーはパルス状に発射されていたが、連続動作こそがレーザーをデモンストレーションから実用的な機器へと変えた。同年、彼の名は半導体注入レーザーの最初の特許に記された。これは、それ以降のあらゆる光学ドライブや光ファイバーリンクに使われるダイオードレーザーの先祖である。

その後、彼は完全にキャリアを変えた。ボイルはアポロ計画を支援するベル社の関連会社ベルコム（Bellcomm）で宇宙科学・探査研究のディレクターとなり、彼のグループの仕事には月面着陸地点の選定が含まれていた。数年間、後にデジタル画像処理を発明することになる男が、人類が初めて別の世界に足を踏み入れる場所を決定していたのである。

1964年、彼はベル研究所に戻り、集積回路の研究に取り組んだ。

CCD

1969年、ボイルとジョージ・E・スミスは電荷結合素子（CCD）を発明した。

その原理は一見単純である。半導体に光が当たると電子が放出される。CCDはそれらの電子を画素ごとにポテンシャル井戸の配列に閉じ込め、蓄積された電荷をパケットごとにチップに沿ってシフトさせ、読み取ってカウントする。その結果、画像が数値として表現される。フィルムも化学薬品も暗室も不要であり、乳剤では達成できないほどの感度を実現した。

その結果は段階的なものではなかった。NASAは宇宙から地球へ鮮明な画像を送信できるようになった。天文学者は写真乾板では暗すぎる天体を検出でき、明るさを目視ではなく定量的に測定できるようになった。その後、この技術は天文台から一般消費者にまで広がり、CCDは事実上すべてのデジタルカメラ、ビデオカメラ、スキャナーのセンサーとなった。写真がハロゲン化銀に基づく産業であることをやめた物理的な理由である。

この発明には異論もあった。ベル研究所の退職した同僚であるユージン・ゴードンとマイク・トンプセットは、CCDの写真への応用はボイルの発明ではないと公に主張した。

評価

ボイルは1975年から1979年までベル研究所の研究担当エグゼクティブ・ディレクターを務めた。栄誉はゆっくりと、そして一度に積み重なった。1973年のスチュアート・バランタイン・メダル、1974年のIEEEモリス・N・リーブマン記念賞、1999年のC&C賞、2001年のエドウィン・H・ランド・メダル、そして2006年のチャールズ・スターク・ドレイパー賞（工学界最高峰）である。

2009年、ジョージ・E・スミスおよびチャールズ・K・カオと共にノーベル物理学賞を受賞した。カオの光ファイバー研究はCCDが画像処理を変えたように通信を変えた。ボイルは85歳であった。2010年、母国カナダからカナダ勲章オフィサーを授与された。

ノバスコシア

引退後、ボイルとベティはノバスコシアに戻り、ウォレスでアートギャラリーの立ち上げを支援した。これは、人生の仕事が画像の作成であった男にとってふさわしい最後の行為であった。2011年5月7日、ノバスコシア州トゥルーロの病院で、腎臓病の合併症により86歳で死去した。

ボイルが重要な理由

ほとんどの発明は何らかの改善を行う。CCDは何かを廃止した。写真は1世紀以上にわたって化学的なプロセスであったが、ボイルとスミスはそれを電子的なものに変えた。そうすることで、天文学、医学、宇宙探査、そして最終的には電話を持つすべての人に、光をデータとして捉える能力を与えたのである。

彼のキャリアがどのように形成されたかに注目する価値がある。ボイルは企業の研究室で、レーザー、宇宙船、集積回路、そして最後に画像処理に取り組んだ。CCDは、カメラを専門とする人には見えなかったであろうつながりを見ることができるほど、十分に異分野を経験した物理学者から生まれた。今日撮影されるすべての写真は、あの午後の仕事の末裔である。