윌러드 보일: 필름 시대를 끝낸 사람

14세까지 퀘벡의 시골에서 어머니에게 홈스쿨링을 받은 소년은 성장하여 아폴로 계획의 착륙 지점을 선정하고, 최초의 연속 작동 루비 레이저 제작을 도왔으며, 1969년에는 빛을 전기 전하의 패킷으로 변환하는 장치를 공동 발명했습니다. 전하결합소자(CCD) 덕분에 NASA는 우주에서 선명한 사진을 지구로 전송할 수 있게 되었고, 지구상의 모든 디지털 카메라에 센서가 탑재되었습니다. 노벨 위원회가 그에게 연락하기까지 40년이 걸렸습니다.

퀘벡에서의 홈스쿨링

윌러드 스털링 보일(Willard Sterling Boyle)은 1924년 8월 19일 노바스코샤주 애머스트에서 태어나 2세 무렵 퀘벡으로 이주했습니다. 14세까지 어머니에게 교육을 받았고, 이후 몬트리올의 로어 캐나다 칼리지(Lower Canada College)에 입학하여 처음으로 정규 학교 교육을 받았습니다.

맥길 대학교에 진학했으나 1943년 제2차 세계대전으로 학업이 중단되었습니다. 보일은 캐나다 왕립 해군에 입대하여 캐나다 왕립 해군 항공대에 파견되었습니다. 1946년 풍경 화가인 베티와 결혼하여 4명의 자녀를 두었으며, 훗날 10명의 손주와 6명의 증손주를 두었습니다.

맥길 대학교로 돌아와 1947년 학사, 1948년 석사, 1950년 질량 분석법 논문으로 박사 학위를 취득하며 4년 만에 3개의 학위를 받았습니다.

산업계로

보일은 캐나다 방사선 연구소에서 1년간 근무한 후, 캐나다 왕립 군사 대학에서 2년간 물리학을 가르쳤습니다. 1953년, 당시 대부분의 대학보다 더 중요한 물리학 연구 성과를 내던 산업 연구 기관인 벨 전화 연구소(Bell Telephone Laboratories)에 입사했습니다.

레이저와 달

1960년대는 그에게 두 번의 큰 기회가 되었습니다. 1962년, 보일은 돈 넬슨과 함께 최초의 연속 작동 루비 레이저를 제작했습니다. 그전까지 레이저는 펄스 형태로 발사되었으나, 연속 작동은 레이저를 단순한 시연 도구에서 실용적인 기기로 탈바꿈시켰습니다. 같은 해, 그의 이름은 반도체 주입 레이저의 첫 특허에 올랐습니다. 이는 이후 모든 광학 드라이브와 광섬유 링크에 사용되는 다이오드 레이저의 조상입니다.

그 후 그는 완전히 경력을 바꾸었습니다. 보일은 아폴로 계획을 지원하는 벨의 자회사 벨컴(Bellcomm)에서 우주 과학 및 탐사 연구 책임자가 되었으며, 그의 그룹은 달 착륙 지점 선정 등의 업무를 수행했습니다. 몇 년 동안, 훗날 디지털 이미징을 발명하게 될 이 남자는 인류가 처음으로 다른 세계에 발을 디딜 장소를 결정하고 있었습니다.

1964년, 그는 벨 연구소로 돌아와 집적 회로 연구에 매진했습니다.

CCD

1969년, 보일과 조지 E. 스미스는 전하결합소자(CCD)를 발명했습니다.

그 원리는 놀라울 정도로 단순합니다. 반도체에 빛이 닿으면 전자가 방출됩니다. CCD는 이 전자들을 화소당 하나씩 전위 우물 배열에 가두고, 축적된 전하를 패킷 단위로 칩을 따라 이동시켜 읽고 카운트합니다. 결과는 숫자로 표현된 이미지입니다. 필름도, 화학 약품도, 암실도 필요 없으며, 유제로는 도달할 수 없는 감도를 구현했습니다.

그 영향은 점진적인 것이 아니었습니다. NASA는 우주에서 지구로 선명한 이미지를 전송할 수 있게 되었습니다. 천문학자들은 사진 건판으로는 너무 희미했던 물체를 감지하고, 눈이 아닌 정량적인 방식으로 밝기를 측정할 수 있게 되었습니다. 이후 이 기술은 천문대에서 일반 소비자에게로 퍼져 나갔고, CCD는 사실상 모든 디지털 카메라, 캠코더, 스캐너의 센서가 되었습니다. 사진이 할로겐화 은 기반 산업에서 벗어난 물리적 이유입니다.

이 발명에는 이견도 있었습니다. 벨 연구소의 퇴직 동료인 유진 고든과 마이크 톰셋은 CCD의 사진 응용이 보일의 발명이 아니라고 공개적으로 주장했습니다.

인정

보일은 1975년부터 1979년까지 벨 연구소의 연구 담당 상무이사로 재직했습니다. 영예는 천천히, 그리고 한꺼번에 찾아왔습니다. 1973년 스튜어트 밸런타인 메달, 1974년 IEEE 모리스 N. 리브만 기념상, 1999년 C&C상, 2001년 에드윈 H. 랜드 메달, 그리고 2006년 공학계 최고 권위의 찰스 스타크 드레이퍼상입니다.

2009년, 그는 조지 E. 스미스 및 찰스 K. 카오와 함께 노벨 물리학상을 공동 수상했습니다. 카오의 광섬유 연구가 통신을 변화시켰듯, CCD는 이미징을 변화시켰습니다. 보일은 85세였습니다. 2010년, 모국 캐나다는 그에게 캐나다 훈장 오피서(Officer of the Order of Canada)를 수여했습니다.

노바스코샤

은퇴 후 보일과 베티는 노바스코샤로 돌아와 월리스에서 아트 갤러리 개관을 도왔습니다. 이는 평생 이미지를 만드는 일을 해온 사람에게 걸맞은 마지막 행보였습니다. 그는 2011년 5월 7일 노바스코샤주 트루로의 한 병원에서 신장 질환 합병증으로 86세를 일기로 세상을 떠났습니다.

보일이 중요한 이유

대부분의 발명은 무언가를 개선합니다. 하지만 CCD는 무언가를 폐지했습니다. 사진은 1세기 넘게 화학적 과정이었으나, 보일과 스미스는 이를 전자적 과정으로 바꾸었습니다. 그렇게 함으로써 천문학, 의학, 우주 탐사, 그리고 결국 전화기를 가진 모든 사람에게 빛을 데이터로 포착할 수 있는 능력을 부여했습니다.

그의 경력이 어떻게 형성되었는지 주목할 필요가 있습니다. 보일은 기업 연구소에서 레이저, 우주선, 집적 회로를 연구했고, 그 후에야 이미징을 연구했습니다. CCD는 카메라만 전문으로 했다면 보지 못했을 연결 고리를 볼 수 있을 만큼 충분히 다양한 분야를 경험한 물리학자에게서 탄생했습니다. 오늘 찍는 모든 사진은 그날 오후의 작업에서 비롯된 결과물입니다.