Честер Флойд Карлсон: Изобретатель ксерокопии

Введение

Американский физик и изобретатель 20-го века (1906–1968)

Честер Флойд Карлсон (8 февраля 1906 – 19 сентября 1968) – американский физик, изобретатель и патентный поверенный, родившийся в Сиэтле, штат Вашингтон. Карлсон изобрел электрофотографию (в настоящее время известную как ксерография, что означает "сухое письмо"), позволяющую получать сухие копии, в отличие от мокрых копий, производимых тогда процессом фотостата; сейчас эта технология используется в миллионах копировальных аппаратов по всему миру.

Ранние годы

Работа вне школьных часов была необходимостью с ранних лет, и я посвящал свободное время своим интересам – созданию вещей, экспериментам и планированию будущего. Я читал о Томасе Альве Эдисоне и других успешных изобретателях, и идея создания изобретения привлекала меня как один из немногих доступных способов изменить свое экономическое положение, одновременно сосредотачивая мой интерес к технике и давая возможность внести вклад в общество. Отец Карлсона, Олаф Адольф Карлсон, не получил полноценного образования, но, по словам родственника, был "блестящим человеком". Карлсон писал о своей матери, Эллен, что "сестры уважали ее как одну из самых мудрых". Когда Карлсон был младенцем, его отец заболел туберкулезом, а позже страдал артритом позвоночника (распространенное возрастное заболевание). В 1910 году Олаф перевез семью в Мексику на семь месяцев, надеясь разбогатеть благодаря тому, что Карлсон назвал "сумасшедшей американской схемой колонизации земель", где Эллен заразилась малярией. Из-за болезней родителей и последовавшей за этим бедности Карлсон с ранних лет работал, чтобы поддерживать семью; он начал подрабатывать за деньги, когда ему было восемь лет. К тринадцати годам он работал по два-три часа перед школой, а затем возвращался к работе после уроков. К тому времени, когда Карлсон учился в старшей школе, он стал основным кормильцем семьи. Его мать умерла от туберкулеза, когда ему было 17 лет, а отец – когда Карлсону было 27. Карлсон начал задумываться о воспроизведении печатной продукции в раннем возрасте. В десять лет он создал газету под названием "То и это", которую делал вручную и распространял среди друзей по списку. Его любимой игрушкой был набор резиновых штампов, а самым желанным подарком – игрушечная пишущая машинка, которую тетя подарила ему на Рождество в 1916 году, хотя он был разочарован, что это была не офисная модель. Работая в местной типографии во время учебы в старшей школе, Карлсон попытался набрать и опубликовать журнал для студентов, увлекающихся наукой, таких как он сам. Он быстро разочаровался в традиционных методах копирования. Как он сказал в интервью 1965 года: "Это заставило меня задуматься о более простых способах, и я начал размышлять о методах дублирования".

Образование

Ну, я с детства увлекался графическим искусством. Одной из первых вещей, которую я хотел, была пишущая машинка – даже когда я учился в начальной школе. Затем, когда я учился в старшей школе, мне нравилась химия, и у меня возникла идея издавать небольшой журнал для химиков-любителей. Я также работал в типографии в свободное время, и владелец продал мне старый печатный станок, от которого он избавился. Я заплатил за него, работая у него. После этого я начал самостоятельно набирать текст и печатать эту маленькую газету. Думаю, я выпустил не больше двух номеров, и они были не очень хороши. Однако этот опыт убедил меня в сложности переноса слов на бумагу, и это, в свою очередь, заставило меня задуматься о процессах копирования. Я завел небольшой блокнот изобретателя и время от времени записывал туда свои идеи.

Из-за работы, которую он вкладывал в поддержку семьи, Карлсону пришлось пройти дополнительный год обучения в своей альма-матер, средней школе Сан-Бернардино, чтобы наверстать пропущенные курсы. Затем он поступил в программу совместной работы и учебы в Riverside Junior College, чередуя шестинедельные периоды работы и занятий. В Риверсайде Карлсон подрабатывал на трех работах, оплачивая дешевую однокомнатную квартиру для себя и отца. В Риверсайде Честер начал изучать химию, но перешел на физику, во многом благодаря любимому профессору. После трех лет обучения в Риверсайде Честер перевелся в Калифорнийский технологический институт, или Калтех – его давнюю мечту со времен старшей школы. Его плата за обучение, 260 долларов в год, превышала его общий доход, а учебная нагрузка не позволяла ему много зарабатывать, хотя он косил газоны и выполнял подработки по выходным, а летом работал на цементном заводе. К моменту окончания учебы он был должен 1500 долларов. Он окончил университет с хорошими, но не выдающимися оценками, получив степень бакалавра физики в 1930 году, в начале Великой депрессии. Он написал письма с просьбой о приеме на работу в 82 компании, но ни одна из них не предложила ему работу.

Начало карьеры

Мне казалось очень очевидной потребность в быстрой и качественной копировальной машине, которую можно было бы использовать прямо в офисе – такая острая была в ней нужда, – и это было бы очень желательно, если бы ее можно было создать. Поэтому я начал думать о том, как ее можно было бы сделать. В качестве крайней меры он устроился на работу в Bell Telephone Laboratories в Нью-Йорке инженером-исследователем. Найдя работу скучной и рутинной, через год Карлсон перешел в патентный отдел помощником одного из патентных поверенных компании. Работая в Bell Labs, Карлсон записал более 400 идей для новых изобретений в свои личные блокноты. Он постоянно возвращался к своей любви к печати, особенно потому, что работа в патентном отделе придала ему новую решимость найти лучший способ копирования документов. "В процессе работы с патентами, – писал Карлсон, – мне часто требовались копии патентных спецификаций и чертежей, и в то время не существовало действительно удобного способа их получения". Существующие решения представляли собой "дубликаторы" – они могли создавать множество копий, но сначала требовалось изготовить специальный оригинал, что обычно требовало значительных затрат времени или денег. Карлсон хотел изобрести "копировальную" машину, которая могла бы копировать существующий документ на новый лист бумаги без каких-либо промежуточных этапов. В 1933 году, во время Великой депрессии, Карлсона уволили из Bell Labs за участие в неудачной "бизнес-афере" с несколькими другими сотрудниками вне лабораторий. После шести недель поисков работы он устроился в фирму Austin & Dix, недалеко от Уолл-стрит, но уволился около года спустя, так как дела фирмы шли плохо. Он получил лучшую работу в электронной компании P. R. Mallory Company, основанной Филиппом Маллори (которая впоследствии стала подразделением Duracell компании Procter & Gamble), где Карлсон был назначен главой патентного отдела.

Изобретение электрофотографии

Был перерыв в несколько лет, но к 1935 году я более-менее обустроился. У меня была работа, но я не чувствовал, что быстро продвигаюсь по службе. Можно сказать, я сводил концы с концами, и я только что женился. Это была непростая борьба. Поэтому я подумал, что создание изобретения может решить сразу две задачи: сделать что-то полезное для мира и одновременно улучшить свое положение. Ранние эксперименты Карлсона, проводимые на кухне его квартиры, были задымленными, зловонными и иногда взрывоопасными. В одном из экспериментов он расплавлял чистую кристаллическую серу (фотопроводник) на цинковой пластине, осторожно перемещая ее над пламенем кухонной плиты. Это часто приводило к возгоранию серы, наполняя здание запахом тухлых яиц. В другом эксперименте загорелись химикаты, с которыми он работал, и ему с женой с трудом удалось потушить пламя. В этот период у него, как и у отца, развился артрит позвоночника. Тем не менее, он продолжал свои эксперименты, помимо учебы в юридической школе и основной работы. Зная о ценности патентов благодаря своей ранней карьере патентного клерка и адвоката, Карлсон патентовал свои разработки на каждом этапе. Он подал первую предварительную заявку на патент 18 октября 1937 года. Осенью 1938 года жена Карлсона убедила его, что эксперименты необходимо проводить в другом месте. Он арендовал комнату на втором этаже дома, принадлежащего его свекрови, по адресу 32-05 37-я улица в Астории, Квинс. Он нанял ассистента, Отто Корнея, австрийского физика, оставшегося без работы. Карлсон знал, что несколько крупных корпораций занимаются поиском способов копирования бумаги. Компания Haloid владела фотостатом, который лицензировала компании Eastman Kodak, гиганту фотографии. Однако эти компании проводили исследования в области фотографии, и их решения требовали специальных химических веществ и бумаги. Например, фотостат по сути являлся фотографией копируемого документа.

Электрофотография

В статье Селени описывался способ передачи и печати факсимиле печатных изображений с использованием направленного пучка ионов, направленного на вращающийся барабан из изолирующего материала. Ионы создавали электростатический заряд на барабане. Затем на барабан можно было нанести мелкий порошок; порошок прилипал к заряженным участкам барабана, подобно тому, как воздушный шар прилипает к статически заряженному чулку. К тому моменту эксперименты Карлсона по созданию копировального аппарата на кухне заключались в попытках генерировать электрический ток в оригинальном листе бумаги с помощью света. Статья Селени убедила Карлсона вместо этого использовать свет для "удаления" статического заряда с равномерно ионизированного фотопроводника. Поскольку свет не отражался бы от черных меток на бумаге, эти области оставались бы заряженными на фотопроводнике и, следовательно, удерживали бы мелкий порошок. Затем он мог перенести порошок на новый лист бумаги, получив дубликат оригинала. Такой подход давал бы его изобретению преимущество перед фотостатом, который мог создавать только фотографический негатив оригинала. 22 октября 1938 года они совершили исторический прорыв. Корней написал чернилами слова "10. 22. 38 АСТОРИЯ" на стеклянном предметном стекле микроскопа. Он подготовил цинковую пластину с серным покрытием, затемнил комнату, протёр серную поверхность хлопковым платком, чтобы нанести электростатический заряд, затем положил предметное стекло на пластину, подвергнув его воздействию яркого света накаливания. Они убрали предметное стекло, посыпали серную поверхность порошком ликоподия, осторожно сдули излишки и перенесли изображение на лист вощеной бумаги. Они нагрели бумагу, размягчив воск, чтобы ликоподий прилип к ней, и получили первую в мире ксерографическую копию. После повторения эксперимента, чтобы убедиться в его работоспособности, Карлсон отпраздновал это, пригласив Корнея на скромный обед. Корней не был так воодушевлен результатами эксперимента, как Карлсон. В течение года он расстался с Карлсоном на дружеских условиях. Его пессимизм в отношении электрофотографии был настолько силен, что он решил расторгнуть соглашение с Карлсоном, которое дало бы Корнею десять процентов будущих доходов Карлсона от изобретения и частичные права на изобретения, над которыми они работали вместе. Годы спустя, когда акции Xerox стремительно росли, Карлсон отправил Корнею в подарок сто акций компании. Если бы Корней сохранил этот подарок, к 1972 году он стоил бы более миллиона долларов. Путь к успеху Карлсона – или к успеху ксерографии – был долгим и полон неудач. С 1939 по 1944 год более двадцати компаний отказали ему в финансировании. Он некоторое время пытался продать изобретение компании International Business Machines (IBM), крупному поставщику офисного оборудования, но никто в компании не увидел в этой концепции никакой ценности – неясно, понимал ли кто-нибудь в IBM эту концепцию вообще. Его предпоследней попыткой привлечь интерес и средства, необходимые для коммерциализации физики, была встреча с Департаментом ВМС. ВМС проявляли интерес к производству сухих копий, но они не "видели" того, что видел Карлсон. 6 октября 1942 года Патентное ведомство выдало Карлсону патент на электрофотографию.

Компания "Халоид"

Коммерческий прорыв наступил, когда Джон Дессауэр, руководитель отдела исследований компании Haloid, прочитал статью об изобретении Карлсона. Haloid, производитель фотобумаги, искал способ выйти из-под влияния своего соседа из Рочестера, штат Нью-Йорк, компании Eastman Kodak. Благодаря предыдущим приобретениям Haloid уже занимался производством дублирующих аппаратов; Дессауэр полагал, что электрофотография может позволить Haloid расшириться в новую область, где Kodak не доминировал. В декабре 1946 года Баттелл, Карлсон и Haloid подписали первое соглашение о лицензировании электрофотографии для коммерческого продукта. Контракт на 10 000 долларов, что составляло 10% от общей прибыли Haloid за 1945 год, предоставлял неисключительное право на производство копировальных машин на основе электрофотографии, предназначенных для изготовления не более двадцати копий оригинала. Обе стороны проявляли осторожность; Баттелл беспокоился о сравнительно небольших размерах Haloid, а Haloid сомневался в жизнеспособности электрофотографии. В этот период Баттелл проводил большую часть фундаментальных исследований в области электрофотографии, в то время как Haloid сосредоточился на попытках создать коммерческий продукт на основе полученных результатов. В 1948 году генеральный директор Haloid, Джозеф Уилсон, убедил Корпус связи армии США инвестировать 100 000 долларов в эту технологию, а впоследствии эта сумма была удвоена. Корпус связи опасался ядерной войны. Традиционные фототехники, которые они использовали для разведки, не могли бы функционировать должным образом при воздействии радиации от ядерного взрыва; плёнка засвечивалась бы, подобно тому, как потребительская фотоплёнка может засвечиваться в рентгеновском аппарате аэропорта. Корпус связи считал, что электрофотографию можно разработать в продукт, устойчивый к такому излучению. В 1950-х годах более половины средств, потраченных Баттеллом на разработку электрофотографии, поступали по государственным контрактам. В 1947 году Карлсон начал опасаться, что Баттелл недостаточно быстро развивает электрофотографию; срок действия его патента истекал через десять лет. После встречи с Джо Уилсоном Карлсон принял предложение стать консультантом Haloid. Он и его жена, Доррис, переехали в район Рочестера, чтобы быть ближе к основной базе компании. После нескольких лет безуспешных попыток привлечь дополнительных лицензиатов к электрофотографии Баттелл согласился пересмотреть соглашение с Haloid, предоставив ей исключительное право на использование изобретения (за исключением нескольких незначительных областей применения, которые Баттелл хотел оставить за собой).

Ксерокопирование

Что Белл для телефона — или, точнее, что Истман для фотографии — таким же может стать Haloid для ксерографии. |sign=Честер Карлсон|source=письмо Джозефу Уилсону, 1953

Ксерография

К 1948 году Haloid осознал необходимость публичного объявления об электрофотографии, чтобы сохранить свои права на технологию. Однако сам термин «электрофотография» вызывал у Haloid опасения; в частности, использование слова «фотография» наводило на нежелательные сравнения с традиционными методами копирования. После рассмотрения нескольких вариантов Haloid выбрал термин, предложенный сотрудником отдела по связям с общественностью компании Battelle, который обратился за идеями к профессору классической филологии Университета штата Огайо. Профессор предложил термин «ксерография», образованный из греческих слов «ксерос» («сухой») и «графеин» («писать»). Карлсон не был в восторге от этого названия, но Уилсону из Haloid оно понравилось, и поэтому совет директоров Haloid проголосовал за его утверждение. Патентный отдел компании хотел зарегистрировать товарный знак «ксерография», но глава отдела продаж и рекламы Haloid, Джон Хартнетт, отклонил эту идею: «Не стоит этого делать. Мы хотим, чтобы люди использовали это слово».

XeroX Модель А

22 октября 1948 года, ровно десять лет спустя после копирования первого микроскопического препарата, компания Haloid сделала первое публичное объявление о ксерографии. В 1949 году она начала поставки первого коммерческого копировального аппарата: XeroX Model A Copier, внутри компании известного как "Ox Box". Модель А была сложна в использовании, для создания одной копии требовалось тридцать девять шагов, поскольку процесс был преимущественно ручным. Вероятно, продукт потерпел бы неудачу, если бы не оказалось, что он хорошо подходит для изготовления печатных форм для офсетных печатных машин, несмотря на сложность использования. Продажи модели А в типографии таких компаний, как Ford Motor Company, поддерживали продукт на плаву. До появления модели А для создания бумажной литографической формы для литографического пресса, например Multigraph 1250, существовало два варианта: набрать новую форму с использованием калькированной копировальной бумаги на специальном листе-основе или использовать металлическую пластину, покрытую модифицированной фотоэмульсией на основе галогенида серебра. Если перепечатка документа была невозможна, можно было использовать фотографический метод, но он был медленным, дорогим и грязным. Поскольку тонер модели А отталкивал воду, но притягивал масляные краски, литографическую форму можно было легко изготовить, просто скопировав документ на чистый лист бумаги с помощью модели А. Это снизило стоимость создания литографической формы для существующего документа с трех долларов до менее чем сорока центов. Компания Ford сэкономила столько денег, используя модель А, что эта экономия была специально упомянута в одном из годовых отчетов Ford. После модели А компания Haloid выпустила на рынок ряд ксерографических копировальных аппаратов, но ни один из них не был особенно простым в использовании. В то же время конкуренты, такие как Kodak и 3M, представили собственные копировальные устройства, использующие другие технологии. Например, Verifax от Kodak можно было разместить на одной стороне стола и он стоил 100 долларов; конкурирующие машины Haloid были дороже и значительно больше.

Галоид Ксерокс

В 1955 году Haloid подписала новое соглашение с Battelle, предоставив ей полное право собственности на патенты Карлсона в области ксерографии в обмен на пятьдесят тысяч акций Haloid. Карлсон получил сорок процентов от денежных средств и акций по этой сделке, согласно его соглашению с Battelle. В том же году британская кинокомпания Rank Organisation искала продукт, который можно было бы предложить вместе с небольшим предприятием по производству объективов для камер. Томас Лоу, возглавлявший это предприятие, нашел ответ в научном журнале, который он случайно взял. Он прочитал об изобретении, способном создавать копии документов, не уступающие оригиналам по качеству. Мистер Лоу вышел на тех, кто финансировал разработку – Haloid. Чтобы использовать эти патенты в Европе, Haloid объединилась с Rank Organisation в совместном предприятии под названием Rank Xerox. Haloid нуждалась в расширении, а ее существующие офисы в Рочестере были старыми и разбросаны по городу. В 1955 году компания приобрела большой участок земли в пригороде Рочестера, штат Нью-Йорк; в конечном итоге на этом месте был построен главный научно-исследовательский кампус компании. Генеральный директор Haloid, Джозеф Уилсон, еще в 1954 году пришел к выводу, что Haloid необходимо новое название. После многолетних дебатов внутри компании совет директоров в 1958 году одобрил изменение названия на "Haloid Xerox", отражая тот факт, что ксерография стала основным направлением деятельности компании.

Ксерокс 914

Первым устройством, которое можно было бы назвать современным копировальным аппаратом, была Xerox 914. Хотя по современным меркам он был большим и несовершенным, он позволял оператору поместить оригинал на стеклянную пластину, нажать кнопку и получить копию на обычной бумаге. Произведенный в арендованном здании на улице Орчард в Рочестере, аппарат 914 был представлен на рынке в отеле Sherry Netherland в Нью-Йорке 16 сентября 1959 года. Даже несмотря на возникшие проблемы – из двух демонстрационных аппаратов в отеле один загорелся, а другой работал исправно – Xerox 914 добился огромного успеха. В период с 1959 года, когда модель 914 начала поступать в продажу, по 1961 год доходы компании Haloid Xerox почти удвоились. Успех 914 был обусловлен не только его относительной простотой использования, конструкцией (которая, в отличие от конкурирующих аппаратов, не представляла риска повреждения оригинала) и низкими эксплуатационными расходами по сравнению с другими машинами, требовавшими специальную бумагу; решение Haloid Xerox сдавать 914 в аренду – по цене 25 долларов в месяц, плюс стоимость копий по четыре цента за штуку с минимальным ежемесячным платежом в 49 долларов – сделало его значительно более доступным, чем аналогичные конкурирующие аппараты. В 1961 году, благодаря успеху Xerox 914, компания в очередной раз сменила название на Xerox Corporation. Для Карлсона коммерческий успех Xerox 914 стал итогом всей его жизни: устройство, способное быстро и недорого создавать точные копии существующих документов. После начала производства 914 участие Карлсона в деятельности Xerox уменьшилось, поскольку он сосредоточился на своих благотворительных интересах.

Личная жизнь

Осенью 1934 года Карлсон женился на Эльзе фон Маллон, с которой он познакомился на вечеринке YWCA в Нью-Йорке. Карлсон описывал этот брак как "несчастливый период, прерываемый редкими побегами". Они развелись в 1945 году. Карлсон женился на своей второй жене, Доррис Хелен Хадгинс, пока шли переговоры между компаниями Battelle и Haloid.

Поздние годы

Знать Честера Карлсона – значит испытывать к нему симпатию, любовь и уважение. Он был общепризнанным изобретателем ксерографии, и хотя это было выдающимся достижением в области технологий и науки, я уважал его больше как человека исключительного морального облика и как гуманиста. Его забота о будущем человечества была искренней, а преданность принципам Организации Объединенных Наций – глубокой. Он принадлежал к редкой породе лидеров, которые вселяют в наши сердца веру в человека и надежду на будущее.

В 1951 году роялти Карлсона от Battelle составили около 15 000 долларов (в сегодняшних ценах – $). Карлсон продолжал работать в Haloid до 1955 года и оставался консультантом компании до своей смерти. С 1956 по 1965 год он продолжал получать роялти от своих патентов от Xerox, в размере примерно одной шестнадцатой цента за каждую копию Xerox, произведенную во всем мире. Доррис оплатила участок земли, на котором был основан Дай Босацу Зендо Конго-дзи, дзен-монастырь в горах Кэтскилл в Нью-Йорке, возглавляемый Эидо Тай Шимано. Карлсон приобрел в Нью-Йорке дом для экипажей, чтобы использовать его для Шимано; он умер через четыре дня после его освящения. В своем эссе «Половина карьеры с паранормальным» исследователь Иэн Стивенсон описывает филантропический стиль Карлсона. По словам Стивенсона, жена Карлсона, Доррис, обладала некоторыми способностями к экстрасенсорному восприятию и убедила Карлсона помочь поддержать исследования Стивенсона в области паранормальных явлений. Карлсон не только ежегодно делал пожертвования в Университет Вирджинии для финансирования работы Стивенсона, но и в 1964 году сделал особенно крупное пожертвование, которое помогло профинансировать одну из первых именных кафедр в университете. Стивенсон был первым человеком, занявшим эту должность. Хотя Карлсон настаивал на анонимности пожертвований, писал Стивенсон, он был необычен тем, что внимательно следил за деталями исследования, поддерживая связь со Стивенсоном. «Он редко давал какие-либо советы, но то, что он говорил, всегда заслуживало внимания», – писал Стивенсон.