Человек, который изобрёл цифровую фотографию

Майкл родился в Англии в 1939 году, изучал физику в Кембридже и получил степень PhD в 1966 году. Будучи докторантом в Кембридже в 1968 году, изучая рассеивание электронов на кристаллических поверхностях и работая в EEV Ltd в Англии, он создал систему Reflection High Energy Electron Diffraction (RHEED), с помощью которой можно было контролировать осаждение тонких плёнок. Первая коммерческая система данного типа, которая была продана IBM Labs, использовалась доктором Лео Осаки для создания первых высокочастотных транзисторов с гетеропереходом. Системы этого типа по­прежнему обычно используются для мониторинга роста эпитаксиальных слоёв III–V и II–VI методом молекулярно­лучевой эпитаксии для твердотельных светоизлучающих диодов и лазеров. В это же время, работая в той же компании, он узнал о приборе, который позволяет получать изображение в инфракрасных лучах. Прибор был массивным, тяжёлым, для его работы использовался жидкий азот, и он работал очень медленно. Майкл решил сделать его переносным. Он изобрёл электронно­лучевую трубку под названием Vidicon [2], которую стали использовать в приборах ночного видения. В 1987 году он получил за это награду от королевы Великобритании (British Queen’s Award). На этом он не остановился и в 1969 году запатентовал твердотельный инфракрасный датчик на основе матрицы МОП­транзисторов (патенты US 3,646,267 [3], UK 1,239,243 [4], UK 1,266,529 [5]). В 1990 году Алекс Хэнсон в Texas Instruments [6] и Р. Вуд в Honeywell создали первые работающие твердотельные датчики. Этими двумя изобретениями доктор Томпсетт решил проблему размера/скорости/мощности в тепловидении. То есть он создал две технологии, которые используются военными и пожарными до сих пор (см. рис. 1).

В 1969 году Майкл переехал в США и начал работать в Bell Laboratories. Он занимался созданием кристаллических приборов для получения изображения. В это время два учёных этой лаборатории, Уиллард Бойл и Джордж Смит, работали над созданием устройств памяти на основе магнитного пузырькового эффекта. Они открыли похожий эффект в полупроводниках и хотели использовать его для хранения информации. Они назвали это Charge Coupled Device (см. рис. 2), или CCD (прибор с зарядовой связью) [7].

Данные должны были вводить в датчик с помощью регистра, но оказалось, что заряд может создаваться и фотонами света. Бойл и Смит не занимались этой разработкой (Бойл в то время был одним из директоров лаборатории). Разработкой данного устройства занимался Майкл, и он же получил единоличный патент на первый CCD­датчик (United States Patent Number 4,085,456 «Charge transfer imaging devices») [8]. Мало того, первая цветная фотография, которую сделали с помощью этого устройства, – это фотография Маргарет Томпсетт, жены Майкла. Фотография была напечатана на обложке журнала Electronic Magazine в 1972 году вместе со статьей о цифровой видеокамере (см. рис. 3).

В статье была также фотография Майкла с цифровой камерой, которую он держит в руках (см. рис. 4).

В 1981 году фирма Sony выпустила первую коммерческую видеокамеру Mavica NTSC 570 490 с аналоговой памятью (см. рис. 5). Камера позволяла хранить 50 цветных снимков и воспроизводить их на экране монитора.

Ну а теперь о том, кто получил награду за изобретение цифровой фотографии. В 2009 году Нобелевская премия за создание CCD­датчика была присуждена Бойлю и Смиту. Но они его не создавали! Они придумали концепцию, однако в формулировке комитета было написано, что премия выдана за создание датчика. Майкл решил задачу считывания пикселей изображения без их разрушения во время считывания и получил патент на датчик. Если бы Майкл не создал первый работающий датчик, возможно, что сама идея использования этого эффекта многие годы оставалась бы на уровне идеи. Это решение и историю создания устройства участники событий обсуждали на страницах журнала IEEE Spectrum в 2009 году. И пришли к выводу, что на самом деле премию должен был получить Томпсетт, но, как известно, Нобелевский комитет никогда не меняет своих решений. Тем не менее отчасти справедливость была восстановлена. 

В 2011 году он получил Национальную медаль в области технологий и инноваций (высочайшая награда для изобретателей в США) (см. рис. 6).

В следующем, 2012 году он получил медаль Эдисона (IEEE Edison Medal). Эту медаль присуждают раз в год лучшему изобретателю в США. В 2017 году он получил Премию королевы Елизаветы II в области инженерного дела (см. рис. 7) в Англии, разделив её c ещё тремя выдающимися изобретателями: Эриком Фоссумом (Eric Fossum, USA), Джорджем Смитом (George E. Smith, USA) и Нобукацу Тераниши (Nobukazu Teranishi, Japan).


В том же году – медаль королевского фотографического общества (Progress Medal from the Royal Photographic Society). Ну а в 2019 году – Эмми (National Academy of Television Arts and Sciences Technology and Engineering Emmy Award) (см. рис. 8).

На основе CCD­датчика Майкл построил первую цветную твердотельную телевизионную камеру. Кстати, телевизионная камера появилась раньше, чем цветной фотоаппарат. В 1975 году он вместе с Карло Секином (Carlo H. Se¢quin) выпустил книгу под названием «Charge Transfer Devices (Advances in Electronics and Electron Physics Supplement)», в которой описываются принципы работы таких устройств [9]. Она была переведена на 80 с лишним языков, включая русский, и до сих пор её можно купить на Амазоне.

В 1973 году Майкл получил патент на линейный сканер на основе CCD­матрицы. Подобного рода устройства используются для сканирования документов и сканирования земной поверхности (см. рис. 9). Например, с их помощью Google сейчас делает свои карты.

В 1979 году он первым разработал интегральную микросхему, модем данных с использованием кремниевых фильтров с переключаемыми конденсаторами из металлооксидных полупроводников (MOSFET) и запатентованной системой автоматической регулировки усиления. Это была первая смешанная аналого­цифровая интегральная микросхема, поступившая в производство, а технология обусловила появление многомиллиардной отрасли (см. рис. 10).

В 1980­х годах Томпсетт занялся поиском решения задачи по уменьшению размера, мощности и стоимости оцифровки видеосигналов от устройств формирования изображений и сканеров. Он изобрёл интегрированный двухступенчатый аналого­цифровой преобразователь видеосигнала с рециркуляцией.

В 1989 году Майкл ушёл из Bell Labs и ещё в течение шести лет проработал в американской армии в должности директора отдела исследований электронных устройств. Насколько я знаю, он там занимался системами геолокации. Бо¢льшая часть работ до сих пор засекречена, за исключением того, что один из датчиков, построенных по этой технологии, находится на спутнике Вояджер (см. рис. 11).

Немного о Майкле в жизни. Я встретился с ним в 2008 году, когда он, как уже говорилось выше, основал компанию по разработке программного обеспечения. В это время, если вы помните, был кризис. Я потерял работу в одной из крупнейших финансовых компаний США под названием Cantor Fitzgerald. С работой было плохо, программистов массово увольняли. Мне попалось на глаза объявление о работе недалеко от того места, где я снимал квартиру. Так совершенно случайно я встретился с этим выдающимся учёным и в итоге проработал у него четыре года до момента, когда он решил продать компанию каким­то сомнительного вида ребятам из Канады.

Это был очень высокий, энергичный, худощавый человек в возрасте под 70. С очень приятным британским акцентом. С ним было легко работать, он всё понимал ещё до того, как я успевал закончить свою мысль. В фирме работало 5–6 человек. Майкл приходил первым и уходил последним. Он сам писал код. Я не скажу, что это был хороший код, всё же он был самоучкой. Но, что интересно, он очень оригинально мыслил. И интерфейс программного продукта, придуманный им, был очень необычен (что, как правило, плохо), но, с другой стороны, очень удобен для пользователей­врачей. То есть и тут сказывалась его способность нестандартно думать и находить совершенно неожиданные решения.

В 65 лет Майкл и его жена Маргарет в качестве подарка себе на годовщину свадьбы поднялись на Эверест. Конечно же, не на вершину, а до базового лагеря, который расположен на высоте около пяти тысяч метров. Фотографии, сделанные им тогда, висели на стенах офиса.

Майкл не был бизнесменом и основал компанию в первую очередь с целью как­то занять себя на пенсии. Он занял деньги у родственников, но продажи шли так себе, на рынке было много конкурентов. И хотя платил сотрудникам Майкл, скажем так, не особо, вместо прибыли у него были одни убытки. В 2009 году он очень сильно переживал из­за того, что Нобелевскую премию дали не ему. Ну а потом возраст стал брать своё. Майкл стал приходить позже, уходить раньше, начались попытки продать кампанию и рассчитаться с долгами. В середине 2011 года его жена продала свою врачебную практику, и они стали готовиться к переезду в Массачусетс, поближе к родственникам. Я понял, что пора уходить, потому что во многом работал из­за Майкла, который был действительно незаурядным человеком. Буквально за две недели до продажи компании я нашёл работу в Калифорнии и подал заявление об уходе. Майкл расстроился, потому что продавалась компания с программистами, а их там в итоге не оставалось. Я не знаю, заплатили ли ему покупатели обещанные деньги. Последний раз, лет семь тому назад, он писал, что до сих пор не получил их полностью. Но почему­то полагаю, что он рассчитался с долгами и не бедствует.

Сейчас Майкл и Маргарет живут в живописном городке Чатхем в Массачусетсе на берегу маленького озера, в километре от океана, совсем недалеко от места, где когда­то высадились первые переселенцы. В очень красивом доме площадью в триста квадратных метров, который стоит больше миллиона долларов. Майкл по­прежнему активен, увлекается спортом, путешествует. Кстати, несколько лет тому назад он с женой посетил Россию.

Майкл всегда говорил, что все свои изобретения он сделал тогда, когда у него было свободное время, и ему было нечем заняться. Так что, может быть, и всем нам вместо бездумного сидения перед телевизором или компьютером имеет смысл задуматься о творчестве? 

Литература

Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!