“You’re not going to change [who wins] the Nobel, but it would be nice to at least share the credit. The citation for the award, he says, should be altered to eliminate any mention of imaging.”

Giải Nobel Vật Lý năm 2009 trao cho Charles K Kao "for groundbreaking achievements concerning the transmission of light in fibres for optical communication.” và Willard S. Boyle and George E.Smith "for the invention of an imaging semiconductor circuit- the CCD sensor.”

Sau cùng Hàn Lâm Viên Hoàng Gia về Khoa Học của Thụy Điển (HLVKHTĐ) đã phải thêm chữ “Motivation” vào trong câu tuyên dương công trạng (citation) lúc đầu của họ.

Với sự phản đối và chỉ trích của nhiều người trong cộng đồng khoa học nhất là Gordon và Tompsett [3-7], HLVKHTĐ sau này đã sửa đổi câu tuyên dương như sau: 'The motivation for the invention of an imaging semiconductor circuit-- the CCD sensor” để phản ảnh một phần nào trung thực hơn!

Câu tuyên dương này yếu hơn câu tuyên dương ban đầu khi họ phát giải Nobel cho Boyle và Smith khá nhiều . Khách quan mà nói, phần chính trong bản tuyên dương “for the invention of an imaging semiconductor circuit- the CCD sensor” nằm ngay trong bằng sáng chế US4085456A của Tompsett (trích dẫn ở phần cuối của bài viết này).

Hình 1. Lúc còn đi học ở đây vào khoảng giữa đến gần cuối thập niên 70’s, thỉnh thoảng tôi cũng có ghé lại tiệm Kinryu Ramen nằm ngay ở một góc của cổng vào Sennichimae Shopping Street. Ngoại trừ giờ khách hàng phải mua thẻ từ máy tự động, tiệm không khác năm xưa bao nhiêu.

Hình 2 .Cứ đi thẳng theo hướng của tấm bảng “Dotonbori” là chúng tôi có thể đến căn phòng thuê trong vòng 5 phút đi bộ. Đây cũng là con đường chúng tôi đi lại mỗi ngày từ Namba đến những thành phố khác. Nằm phía bên phải là tiệm ăn đầu tiên của nhà hàng nổi tiếng Kani Doraku. Giờ thì tiệm này có chi nhành khắp nơi; ngay cả khu Dotonbori này, cũng có một tiệm khác dọc theo con kênh Dotonbori.

Chúng tôi đến ga Shin- Osaka lúc 11:40 tối, chỉ đủ thời giờ để “chạy bắt” kịp chuyến tàu cuối cùng trên đường “Midosuzisen” đi về Namba. Đã quá nửa đêm khi chúng tôi đến đó. Đứng sắp hàng gần hơn 10 phút chờ đợi để lấy taxi về căn phòng thuê. Nhưng khi đến phiên mình thì bị hai “bác” taxi ở hai xe khác nhau từ chối khi tôi đưa địa chỉ phòng trọ, một phần có lẽ vì khuya rồi một phần vì chúng tôi không biết “địa danh nào nổi tiếng gần đó” để các bác tìm cho dễ. Thế là sáu người chúng tôi đành “cồng kềnh” mang “khăn gói” xách valise đi tìm nhà trọ , dựa theo bản đồ. (mà theo người nhân viên làm việc chỗ cho thuê phòng cho biết sáng nay là chỉ mất 15 phút đi bộ từ ga Namba mà thôi!). Con đường nhiều khúc rẻ. Có chỗ sáng, chỗ tối. Người cũng bắt đầu thưa dần. Càng đi càng thấy xa “vời vợi”, môt phần vì mệt, một phần vì biết mình đang đi lạc. Hết cách, tôi bèn hỏi đường một cô gái Nhật đang đứng đợi đèn xanh bên đường. Cô này, hình như mới đi làm ca đêm về, có vẻ vội vã muốn về nhà. Lúc đầu cô ta chỉ trả lời “qua loa” cho xong chuyện, nhưng sau vài phút “quan sát” , cô trở nên thân thiện và rất nhiệt tình giúp khi biết chúng tôi đã “lặn lội hàng ngàn dặm” từ Mỹ xa xôi đến thăm thành phố Osaka “yêu quí” của cô. Cô cũng không rành đường và GPS của cô cũng không chỉ rõ cho lắm; nên thỉnh thoảng vừa đi, cô vừa hỏi những người bán hàng ở các quầy hàng dọc đường. Chủ, khách đều tận tình giúp đỡ! Sau hơn một giờ “vất vã”, cuối cùng chúng tôi cũng đến được phòng trọ. Lúc đó gần 2:00 giờ sáng! Cô chào từ giả chúng tôi. Nhà tôi và các con tôi rất “cảm kích” về cử chỉ này của cô nhưng không khỏi lo cho sự an toàn của cô. Tôi thở dài “nhẹ nhõm”. Dù có nhiều thay đổi trong bao năm qua qua nhiều thế hệ, xã hội , tính hiếu khách của người Nhật vẫn không thay đổi.!

Hình 4 . Chúng tôi cũng thường ghé lại cửa tiệm này để mua sửa, trà, sushi, sashimi và những vật liệu cần thiết. Vì tiệm nằm ngay ở một góc đường và giá cả phải chăng, nên lúc nào khách hàng cũng đông.

Sáng hôm sau tôi dậy sớm. Như thường lệ, tôi đi bộ theo con phố, qua những con đường dẫn đến khu phố chính Dotonbori (khu phố này còn có thêm cái tên Kuidaore- ăn cho đến khi ngã lăn ra!). Tôi cũng khám phá ra là địa danh nổi tiếng Kokuritsu Bunraku Gekijoo (National Puppet Theater) nằm ngay góc ở góc đường đối diện với căn phòng chúng tôi đang ở. (Nếu giá tôi biết điều này tối qua, thì đâu phải vất vả đi bộ hơn cả tiếng đồng hồ tìm chỗ trọ?! ). Gió thổi nhè nhẹ. Bầu trời cao xanh. Không khí trong lành. Tôi đi ngang qua chiếc cầu bắt ngang qua Kênh Dotonbori. Đứng nhìn một hồi lâu mấy chú vịt bơi lội. Thanh âm nhẹ nhàng. tĩnh lặng. Tôi nhớ lại chiếc cầu ở Kaorigaoka, nhớ dòng sông Shukugawa hiền hòa uốn khúc theo hàng anh đào nở rộ vào tháng tư. Tôi nhớ lại những ngày đầu tiên đến Osaka vào đầu năm 1975, không lâu trước ngày miền Nam sụp đổ. Những ngày tháng khó khăn tìm sống. Những tấm lòng rộng rãi bao dung. Tình người thương yêu. Nắng đổ ngập cánh đồng. Với hy vọng làm sức sống. Với thương yêu làm niềm tin để đi lên.

Osaka những tháng ngày đầu tiên
Bốn giờ sáng đạp xe đi bỏ báo
Từng chén cơm, dù thiêu hay nhão
Ngấu nghiến ăn ngon, hy vọng tuôn trào.

Ta về đón nắng chiều phố chợ
Gió mát nõn nà vén áo em
Tháng tám trời trong mây điểm trắng
Màu luyến thương hay màu của sắc hương?

`Namba là “ngả rẽ của lòng” với bao đường tàu nối kết; với bao người hẹn hò trước cửa hàng bách hóa Takashimaya. Khu Dotonbori lúc nào cũng đông như ngày hội, nhất là vào buổi tối. Tiếng nhạc. Tiếng ca. Tiếng Pachinko. Tiếng rao hàng vang lên inh ỏi. Người đi theo người. Không lấn chen . Già, non, lớn, bé. Đó đây vài tiếng cười vồn vả vui tươi. Làn sóng người cứ thế băng qua đường sang khu phố Shinsaibashi-Suji. Trong số đám đông này, cũng có nhiều người làm việc tất bật. Quần quật trong cuộc sống hôm nay. Chạy đôn chạy đáo. Ngày qua ngày ai hay?!

Osaka cho ta nhiều kỷ niệm
Kỷ niệm yêu thương, kỷ niệm học đường
Mỗi kỷ niệm thắm đời ta một vẻ
Để chiếu nay. Lòng chợt thấy vấn vương.

2. Mike Tompsett mới chính là người phát minh ra imaging CCD [1-3&4]

Magnetic bubble memory do Bell Labs phát minh . Với kỹ thuật này, thông tin được tồn trữ dưới dạng tuyến tính với nhiều magnetic pixels rất nhỏ gọi là magnetic bubbles (bong bóng từ) trên một tấm băng ni-lôn . Dòng điện chạy qua tấm băng ni-lôn sẽ đẩy những bong bóng từ dọc theo hướng mà những tín hiệu có thể đọc và viết liên tục. Phương hướng để thực hiện điều này là thiết lập một hàng giếng điện thế (a line of potential wells) dùng silíc bằng cách tạo thành những bộ tụ điện với silíc , silicon oxide và điện cực bằng kim loại. Điện tích sẽ tích tụ trong những chiếc giếng điện thế này và điện tích sẽ di chuyển từ một giếng sang giếng bên cạnh bằng điện thế áp đặt cho đến khi điện tích đến mép cạnh của con chip để gửi ra hệ thống read out bên ngoài. Cả hai Boyle và Smith không có cộng tác và hoạt động gì về silicon target vidicon, một kỹ thuật được xem như tiền thân của imaging CCD và là làm nền tảng để chế tạo dữ kiện điện tử này.

Thêm vào đó bằng sáng chế quan trọng của Boyle và Smith có tựa đề là “ Charge coupled memory with storage sites” US 3654499 A (đính kèm dưới đây) mà HLVKHTĐ căn cứ để trao giải Nobel chỉ nói về memory CCD và không đề cập gì đến imaging CCD. Trong khi đó bằng sáng chế “Charge transfer imaging devices” US 4085456 A (đính kèm) của Tompsett thì cắt nghĩa rõ ràng về imaging CCD. Điều mới lạ là Mike Tompsett đã tìm cách thực hiện area imaging device dựa vào khái niệm linear CCD registers..

Trong patent US 4085456A với Tompsett là tên người phát minh độc nhất, Tompsett dùng khái niệm frame transfer trong việc thực hiện việc chuyển tải điện tích trong imaging devices. Ý tưởng này đã giải quyết vấn đề trong việc dùng imaging CCD nhất là area imager: CCD tiếp tục cảm biến ánh sáng và thu nhặt điện tích ngay cả trong lúc tín hiệu từ các hàng pixels được đọc ra (read out) dùng phương pháp chuyển tải điện tích (charge transfer). Tompsett tìm ra phương án để chuyển tải điện tích nhanh hơn bằng cách chuyển tải điện tích thu nhận được đến một vùng CCD dấu kín (hidden CCD). Tín hiệu từ pixels của vùng CCD dấu kín được đọc ra , trong khi CCD tiếp tục phơi sáng để tiếp nhận và thu thập điện tích từ những quang tử mới. Điện tích được chuyển di từ trên đi xuống dọc theo từng cột từ hàng này sang hàng kế tiếp cho đến khi được dọc ra từ shift registers nằm ở phía dưới của con chip. Với phương thức và cấu trúc này, có nghĩa là CCD sẽ phơi sáng, rồi đóng lại với màn chắn sáng , chuyển di điện tích , rồi mở màn chắn sáng để phô bày con chip ra ánh sáng trở lại. Có nghĩa là cứ hai frame có một frame dùng để chuyển di điện tích và vì thế thời gian đọc tín hiệu sẽ dài hơn . Để giải quyết vấn đề này, Tompsett tăng gấp đôi kích cỡ của bộ cảm biến quang (image sensor). Có nghĩa là một khung (frame) của bộ cảm biến quang sẽ phơi sáng , rồi khung phơi sáng kế tiếp sẽ dùng trong khi điện tích di chuyển .. Chẳng những ông có bằng sáng chế đầu tiên về image CCD mà còn đăng báo, phát biểu ở hội nghi khoa học và nhất là thực hiện thành công image CCD. Ngay cả Boyle (một trong hai người lãnh giải Nobel) cũng công nhận điều này! Vì thế, nếu theo kết quả thí nghiệm của Tompsett và dựa theo bằng sáng chế, và những bài báo cáo khoa học của Tompsett thì Tompsett mới đúng ra là người xứng đáng để lãnh giãi Nobel vì ông chính là người đầu tiên đã triển khai và phát minh và chế tạo thành công CCD imager.

Hình 5. First Light. Với bác sĩ Margaret Tompsett (phu nhân của Tompsett )
làm người mẫu cho hình chụp từ CCD imager đầu tiên
do Tompsett chế tạo (tài liệu từ Mike Tompsett [1]).

Hình 6. Boyle và Smith trong photo-op với CCD dầu tiên do nhóm Tompsett chế tạo [5]

Tompsett chế tạo thành công CCD đầu tiên vào năm 1970, và triển khai CCD imagers và CCD cameras dùng trên thị trường [Hình 6]. Tấm hình màu của bác sĩ Margaret được đăng trong tạp chí Electronics vào tháng giêng năm 1973 (Hình 5).

4. Vài nét về những nhân vật liên quan đến phát minh CCD imager

Hình 6. Những ngày của “roses and wine”ở Bell Labs. Từ trái sang phải: Eugene I. Gordon, Michael F. Tompsett, Willard S. Boyle, và George E. Smith (tài liệu từ Samuel K. Moore và Neil Savage)

Sinh ở Nova Scotia, Canada vào August 19, 1924 và mất vào May 7, 2011 cũng ở Nova Scotia. Ông tốt nghiệp BSc, MSc và PhD tất cả từ McGill University về physics. TS. Boyle đến làm việc ở Bell Labs vào năm 1953.

Hình 7. TS Willard S. Boyle (bên trái) và TS George E. Smith (bên phải) [2-4]

Sinh tại White Plains, New York. BSc từ University of Pennsylvania, 1955 và PhD , 1959 từ University of Chicago. TS Smith đến làm việc ở Bell Labs vào năm 1959.

Michael Tompset

Sinh ở Anh. BS về engineering và PhD về physics từ Cambridge University. Có nhiều kinh nghiệm và sở thích về imaging devices. Sau nhiều năm làm công tác nghiên cứu về những linh kiện điện tử liên quan đến bộ cảm quang như night-vision và thermal imaging devices ở Anh. Tompsett qua Mỹ làm việc ở Bell Labs vào năm 1969 với mục đích triển khai solid-state cameras

Sinh ở New York City vào 14 tháng 9, năm 1930 và mất 15 tháng 9, 2014 tại Scotch Plains, New Jersey. BS năm 1952 từ City College of New York và PhD vào năm 1957 từ MIT. Ông đến làm việc ở Bell Labs trong cùng năm.

Hình 8. TS Michael F. Tompsett (bên trái) và TS. Eugene Gordon (bên phải) [6-8]

5. Lời kết

Để kết thúc bài viết này, người viết xin mạo muội ghi ra đây vài điểm để quý độc giả suy ngẫm và thảo luận về bảng tuyên dương đính chính lại sau khi phát biểu cho đại chúng của HLVKHTĐ với từ “motivation” thêm vào : 'The motivation for the invention of an imaging semiconductor circuit-- the CCD sensor”
(i) Boyle và Smith đưa ra khái niệm về CCD dựa vào ba phát minh vào thập niên 60’s : shift registers của hãng Burroughs, picture phone của Bell Labs và semiconductor bubble memory (Bell Labs). Khái niệm CCD này chỉ dùng cho bộ nhớ (memory) và cả hai Boyle & Smith không đề cập gì đến imaging CCD. Thế nên từ “imaging semiconductor” trong bản tuyên dương trên liệu có hợp ly hay không?
(ii) Không biết Boyle (giám đốc điều hành) đã góp phần được bao nhiêu trong việc khám phá memory CCD? Vì ở nhiều nhiều phòng nghiên cứu ở nhiều hãng kể cả Bell Labs lúc bấy giờ, tên của người boss thường được để trong những bài báo cáo và ngay cả trên bằng sáng chế.
(iii) Với kinh nghiệm và kiến thức về imaging qua nhiều năm làm việc trước khi đến Bell Labs, Tompsett đã dưa ra khái niệm imaging CCD và chế tạo thành công một linh kiện điện tử CCD hoạt động và chính là người đã góp phần đáng kể vào “..the invention of an imaging semiconductor circuit- the CCD sensor” đề cập trong bảng tuyên dương. Tại sao tên ông lại không có trong danh sách những người giải Nobel này?
(iv) Vì một khi quyết định rồi, kết quả không thể thay đổi (tại sao? vì để tránh phiền phức hay khỏi bị mất mặt?), liệu HLVKHTĐ có nên thảo luận và điều chỉnh lại về thành phần, cơ cấu , trình đô chuyên môn của giám khảo và phương pháp tuyển chọn người lãnh giải Nobel để phản ảnh trung thực hơn cho những giải thưởng trong tương lai không?
(v) Sau nhiều năm, Tompsett và Gordon tiếp tục giữ im lặng về những sự kiện xảy ra trong nội bộ của nhóm ở Bell Labs; trong khi đó Boyle và Smith quảng bá rộng rãi hơn công trình nghiên cứu CCD của họ và càng ngày càng nhiều người tin tưởng hơn họ chính là hai người đã phát minh ra CCD imager, nhất là khoảng thập niên 80’s, khi một số hãng ở Nhật bắt đầu tung ra thị trường sản phẩm CCD imagers.

[5] Bell Labs Technical reports.

[6] http://www.eetimes.com/author.asp?section_id=36&doc_id=1318797

[7]http://www.thestar.com/news/world/2009/12/22/canadian_willard_boyles_nobel_prize_challenged.htm

[8] http://phys.org/news/2009-12-nobel-physics-laureates-undeserving-colleagues.html

The specification describes a variety of charge coupled memory devices most of which are "read-only" memories in which the charge capacity of selected sites is permanently or semipermanently fixed. If charge is accumulated in these sites to the equilibrium amount and then shifted to an output site, the signal will reflect the programmed capacity of the sites.

Line imaging and area imaging devices are described which employ the concept of storage and transfer of charge carriers in a semiconductor medium by the application of appropriate potentials to electrodes disposed above the medium. The devices are characterized by two arrays of electrodes, one functioning as an optical sensing array and the other as a storage and readout array. Charge carriers are collected in the medium under the metal electrodes of the sensing array in proportion to incident light. This information is rapidly transferred to the storage and readout array by sequentially biasing series of electrodes of the two arrays. The information may then be read out of the array without smearing while the sensing array continues to integrate. The structure includes means for preventing cross-coupling and maintaining transfer efficiency for small area electrodes.