Уиллард Бойл: Человек, который покончил с пленкой

Мальчик, которого до четырнадцати лет обучала на дому мать в сельской местности Квебека, вырос и стал человеком, который выбирал места посадки для «Аполлона», помогал создавать первый непрерывно работающий рубиновый лазер, а затем, в 1969 году, стал соавтором изобретения устройства, преобразующего свет в счетные пакеты электрического заряда. Прибор с зарядовой связью позволил НАСА отправлять четкие снимки из космоса и поместил сенсор в каждую цифровую камеру на Земле. Нобелевскому комитету потребовалось сорок лет, чтобы позвонить ему.

Домашнее обучение в Квебеке

Уиллард Стерлинг Бойл родился 19 августа 1924 года в Амхерсте, Новая Шотландия, и переехал в Квебек примерно в двухлетнем возрасте. Мать обучала его дома до четырнадцати лет, когда он поступил в Нижнеканадский колледж в Монреале и впервые столкнулся с формальным школьным образованием.

Он продолжил обучение в Университете Макгилла, но Вторая мировая война прервала его в 1943 году. Бойл вступил в Королевский канадский военно-морской флот и был прикомандирован к Королевской канадской военно-морской авиации. В 1946 году он женился на Бетти, художнице-пейзажистке; у них было четверо детей, а впоследствии десять внуков и шесть правнуков.

Он вернулся в Макгилл и не останавливался: бакалавр наук в 1947 году, магистр наук в 1948 году и доктор философии в 1950 году с диссертацией по масс-спектрометрии — три степени за четыре года.

В индустрию

Бойл провел год в Радиационной лаборатории Канады, а затем два года преподавал физику в Королевском военном колледже Канады. В 1953 году он присоединился к Bell Telephone Laboratories, промышленной исследовательской организации, которая в ту эпоху производила больше значимых физических открытий, чем большинство университетов.

Лазеры и Луна

1960-е годы сделали его дважды успешным. В 1962 году вместе с Доном Нельсоном Бойл создал первый непрерывно работающий рубиновый лазер — до этого момента лазеры стреляли импульсами, а непрерывная работа превратила лазер из демонстрации в инструмент. В том же году его имя появилось в первом патенте на полупроводниковый инжекционный лазер, предок диодных лазеров, используемых с тех пор в каждом оптическом приводе и оптоволоконной линии связи.

Затем он полностью сменил карьеру. Бойл стал директором по космическим наукам и исследовательским работам в Bellcomm, дочерней компании Bell, поддерживающей программу «Аполлон», где работа его группы включала выбор мест посадки на Луну. В течение нескольких лет человек, который позже изобретет цифровую визуализацию, решал, где люди впервые ступят на другой мир.

В 1964 году он вернулся в Bell Labs для работы над интегральными схемами.

ПЗС

В 1969 году Бойл и Джордж Э. Смит изобрели прибор с зарядовой связью (ПЗС).

Принцип обманчиво прост. Свет, падающий на полупроводник, высвобождает электроны; ПЗС улавливает эти электроны в массив потенциальных ям, по одной на каждый элемент изображения, а затем перемещает накопленный заряд пакет за пакетом вдоль чипа для считывания и подсчета. Результатом является изображение, выраженное в числах — никакой пленки, никакой химии, никакой темной комнаты и чувствительность, намного превосходящая возможности эмульсии.

Последствия не были постепенными. НАСА смогло передавать четкие изображения из космоса на Землю. Астрономы смогли обнаруживать объекты, слишком тусклые для фотопластинок, и измерять яркость количественно, а не на глаз. Затем технология спустилась из обсерваторий к потребителям, и ПЗС стал сенсором практически в каждой цифровой камере, видеокамере и сканере — физическая причина, по которой фотография перестала быть индустрией, основанной на галогениде серебра.

Изобретение не осталось без споров. Юджин Гордон и Майк Томпсетт, оба коллеги-пенсионеры из Bell Labs, публично утверждали, что фотографическое применение ПЗС не было изобретением Бойла.

Признание

Бойл занимал должность исполнительного директора по исследованиям в Bell Labs с 1975 по 1979 год. Награды накапливались медленно, а затем все сразу: медаль Стюарта Баллантайна в 1973 году, Мемориальная премия IEEE имени Морриса Н. Либмана в 1974 году, премия C&C в 1999 году, медаль Эдвина Х. Лэнда в 2001 году и премия Чарльза Старка Дрейпера — высшая инженерная награда — в 2006 году.

В 2009 году он разделил Нобелевскую премию по физике с Джорджем Э. Смитом и Чарльзом К. Као, чья работа в области оптоволокна изменила коммуникации так же, как ПЗС изменил визуализацию. Бойлу было восемьдесят пять лет. Его собственная страна сделала его офицером ордена Канады в 2010 году.

Новая Шотландия

На пенсии Бойл и Бетти вернулись в Новую Шотландию и помогли открыть художественную галерею в Уоллесе — подходящий финальный акт для человека, чьей работой всей жизни было создание изображений. Он скончался 7 мая 2011 года в возрасте восьмидесяти шести лет в больнице в Труро, Новая Шотландия, от осложнений болезни почек.

Почему Бойл важен

Большинство изобретений улучшают что-то. ПЗС упразднил что-то. Фотография была химическим процессом более века; Бойл и Смит сделали ее электронной, и тем самым дали астрономии, медицине, освоению космоса и, в конечном счете, каждому человеку с телефоном возможность захватывать свет в виде данных.

Стоит заметить, как формировалась карьера. Бойл работал в корпоративной лаборатории, над лазерами, космическими аппаратами, интегральными схемами и только потом над визуализацией — ПЗС пришел от физика, которого достаточно перемещали, чтобы увидеть связи, которые не увидел бы никто, специализирующийся на камерах. Каждая фотография, сделанная сегодня, — потомок работы того дня.