JP2019505860A - 量子ノイズ基盤乱数生成器の性能を管理するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、光源から放射されて各ピクセルに入力される光信号の光強度値に対応して出力される各ピクセル別の出力値を基盤として乱数生成器の性能安定性を確保することにより、イメージセンサから出力されるエントロピー信号（ｅｎｔｒｏｐｉｃ ｓｉｇｎａｌ）の値が機器にかかわらず一定範囲内で出力されることができ、それによって各ピクセル間の偏差を最小化しながらも十分な乱数性が持続的に維持されることができる量子ノイズ基盤乱数生成器の性能を管理するための装置及び方法を提案する。

Description

本発明は、量子ノイズ基盤乱数生成器（Ｑｕａｎｔｕｍ ｒａｎｄｏｍ ｎｕｍｂｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）の性能安定性を確保するための技術である。

より詳しくは、本発明は、各ピクセルに入力される光信号の光強度値によって各ピクセルから出力される各ピクセル別の出力値を基盤として乱数生成器の性能安定性を確保するための方案に関するものである。

乱数（ｒａｎｄｏｍ ｎｕｍｂｅｒ）は、保安、科学的計算、ゲーム、宝くじなどの多様な分野に使われており、大部分の場合は真性乱数（Ｔｒｕｅ ｒａｎｄｏｍ ｎｕｍｂｅｒ）ではないアルゴリズム基盤で生成される疑似乱数（Ｐｓｅｕｄｏ−ｒａｎｄｏｍ ｎｕｍｂｅｒ）が使われている。

しかし、疑似乱数は、真性乱数とは違って、予測可能性が存在するという問題がある。

最近は、疑似乱数ではない真性乱数を生成する真性乱数生成器（Ｔｒｕｅ ｒａｎｄｏｍ ｎｕｍｂｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）に関する多様な研究が進められており、特に量子現象を利用して真性乱数を生成する乱数生成器（Ｑｕａｎｔｕｍ ｒａｎｄｏｍ ｎｕｍｂｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）が注目されている。

このような量子乱数生成器のうちの一つは、光源から発生した光子数の不確定度であるショットノイズ（ｓｈｏｔ ｎｏｉｓｅ又はｑｕａｎｔｕｍ ｓｈｏｔ ｎｏｉｓｅ）を利用して、真性乱数を生成する。

ショットノイズ基盤の乱数生成器の具現時、ＣＭＯＳセンサ又はＣＣＤセンサなどのイメージセンサ（ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ）を利用する技術が最近登場した（論文：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｘ，４，０３１０５６（２０１４）参考）。

より具体的に、光のショットノイズ基盤の乱数生成器は、各ピクセルで特定時間累積された光強度値を乱数として使用する。この光強度値の変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）が乱数性（ｒａｎｄｏｍｎｅｓｓ）を作る。

特に、各ピクセルで特定時間累積された光強度値は、ポアソン分布（Ｐｏｉｓｓｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）に従うため、光強度値の平均（ｍｅａｎ）値と分散（ｖａｒｉａｎｃｅ）値が線形比例関係を有する。このような理由により、変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）に対する測定子（ｍｅａｓｕｒｅ）である分散（ｖａｒｉａｎｃｅ）は、平均（ｍｅａｎ）値によって決まり、結局、各ピクセルでの乱数性は光強度値の平均（ｍｅａｎ）値によって決まる。

従って、イメージセンサから出力されるエントロピー（ｅｎｔｒｏｐｙ）は、ポアソン分布（Ｐｏｉｓｓｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）による各ピクセル別の光強度値の平均（ｍｅａｎ）値によって決まり、決まったエントロピー（ｅｎｔｒｏｐｙ）によって乱数性の品質が決まる。

すなわち、各ピクセル別の光強度値の平均（ｍｅａｎ）値が増加すると、分散が増加し、各ピクセル別の光強度値の変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）が大きくなり、エントロピー（ｅｎｔｒｏｐｙ）が増加して乱数性の品質が向上する。

一方、各ピクセル別の光強度値の平均（ｍｅａｎ）値が減少すると、分散が減少し、各ピクセル別の光強度値の変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）が小さくなり、エントロピー（ｅｎｔｒｏｐｙ）が減少して乱数性の品質が低下する。

よって、量子ショットノイズ基盤の乱数生成器は、光源とイメージセンサを利用することにより、エントロピー（ｅｎｔｒｏｐｙ）に対応するエントロピー信号（ｅｎｔｒｏｐｉｃ ｓｉｇｎａｌ）を生成し、ＲＮＧ（Ｒａｎｄｏｍ Ｎｕｍｂｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）後処理段階（ｐｏｓｔ−ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を行って乱数を生成する。

しかし、光源とイメージセンサの製造工程で生じ得る特性差、例えば、乱数生成器を具現する方式又は構造による特性、外部温度、電流供給などのような多様な原因により、同一の乱数生成器モジュール、チップ、又は機器でもイメージセンサから出力されるエントロピー信号（ｅｎｔｒｏｐｉｃ ｓｉｇｎａｌ）がそれぞれ異なる値を有することになり得る。これにより、最終的に出力される乱数の品質が変わり、これは乱数生成器の性能が低下する原因になる。

論文：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｘ，４，０３１０５６（２０１４）

本発明で解決しようとする課題は、各ピクセルに入力される光信号の光強度値によって各ピクセルから出力される各ピクセル別の出力値を基盤として乱数生成器の性能安定性を確保することである。

本発明の一実施例による乱数生成器の性能管理装置は、少なくとも一つの光源から放射される光信号が少なくとも一つのピクセルを含むイメージセンサに入力される場合、各ピクセルに入力される光信号の光強度値に対応して上記各ピクセルから出力される出力値を確認する出力確認部、上記各ピクセルの出力値と既に設定された統計特性基準領域を利用して上記各ピクセルの性能を分析する性能分析部、及び、上記各ピクセルの性能を分析した結果に基づいて、上記光源及び上記イメージセンサのうち少なくとも一つに対する設定値を変更する設定変更部、を含む。

具体的に、上記性能分析部は、上記光源がオン（ｏｎ）状態のとき、上記各ピクセルの全体又は一部出力値が上記統計特性基準領域に含まれる場合、上記各ピクセルの性能が安定していると判断して第１性能分析結果信号を生成し、上記各ピクセルの全体又は一部出力値が上記統計特性基準領域に含まれない場合、上記各ピクセルの性能が安定していないと判断して第２性能分析結果信号を生成することができる。

具体的に、上記設定変更部は、上記第２性能分析結果信号が生成される場合、上記各ピクセルの性能安定化のために上記光源の光量又は光強度制御に係る第１設定値を変更することができる。

具体的に、上記設定変更部は、上記第２性能分析結果信号が生成される場合、上記各ピクセルの性能安定化のために上記イメージセンサ内の上記各ピクセルの駆動制御に係る第２設定値を変更することができる。

具体的に、上記設定変更部は、上記第２性能分析結果信号が生成される場合、上記各ピクセルに入力される光信号の光強度値の均一度が既に設定された均一度判断基準範囲に含まれなければ、上記イメージセンサのＲＯＩ（ｒａｎｇｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）制御に係る第３設定値を変更することができる。

具体的に、上記性能分析部は、上記光源がオフ（ｏｆｆ）状態のとき、上記各ピクセルの全体又は一部出力値が既に設定されたノイズ判断基準値よりも大きい値である場合、上記各ピクセルの電気的ノイズが基準以上であると判断し、上記設定変更部は、上記電気的ノイズに係る第４設定値を変更することができる。

具体的に、上記統計特性基準領域は、ポアソン分布（Ｐｏｉｓｓｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）に従う上記各ピクセルに特定時間累積された光強度値の変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）幅が有し得る範囲のうち既に設定された変動幅区分基準値以上に該当する範囲に決定されることができる。

具体的に、上記設定値の変更以後、上記各ピクセルから出力される出力値の品質をモニタリングするモニタリング部をさらに含むことができる。

本発明の一実施例による乱数生成器の性能管理装置の動作方法は、少なくとも一つの光源から放射される光信号が少なくとも一つのピクセルを含むイメージセンサに入力される場合、各ピクセルに入力される光信号の光強度値に対応して上記各ピクセルから出力される出力値を確認する出力確認段階、上記各ピクセルの出力値と既に設定された統計特性基準領域を利用して上記各ピクセルの性能を分析する性能分析段階、及び、上記各ピクセルの性能を分析した結果に基づいて、上記光源及び上記イメージセンサのうち少なくとも一つに対する設定値を変更する設定変更段階、を含む。

具体的に、上記設定変更段階は、上記光源がオン（ｏｎ）状態の場合、上記各ピクセルの全体又は一部出力値が上記統計特性基準領域に含まれなければ、上記光源の光量又は光強度制御に係る第１設定値を変更する段階、上記イメージセンサ内の上記各ピクセルの駆動制御に係る第２設定値を変更する段階、及び、上記イメージセンサのＲＯＩ（ｒａｎｇｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）制御に係る第３設定値を変更する段階、のうち少なくとも一つを行う段階を含むことができる。

具体的に、上記統計特性基準領域は、ポアソン分布（Ｐｏｉｓｓｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）に従う上記各ピクセルに特定時間累積された光強度値の変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）幅が有し得る範囲のうち既に設定された変動幅区分基準値以上に該当する範囲に決定されることができる。

具体的に、上記設定値の変更以後、上記各ピクセルから出力される出力値の品質をモニタリングするモニタリング段階をさらに含むことができる。

よって、本発明は、光源から放射されて各ピクセルに入力される光信号の光強度値に対応して出力される各ピクセル別の出力値を基盤として乱数生成器の性能安定性を確保することにより、各ピクセル間の偏差を最小化しながらも十分な乱数性を持続的に確保することができる効果を達成する。

本発明の一実施例による量子ノイズ基盤乱数生成器の性能を管理する性能管理装置が適用される通信環境を示した例示図である。 乱数生成器の基本的なコンセプトを示した図である。 本発明の一実施例による性能管理装置の構成を示したブロック図である。 本発明の一実施例による統計特性基準領域の一例を示した例示図である。 本発明の一実施例による性能管理装置で乱数生成器の性能安定性を確保する動作の流れを示したフローチャートである。

本明細書で使われている技術的用語は単に特定の実施例を説明するために用いられたもので、本明細書に開示されている技術の思想を限定しようとする意図ではないことを留意しなければならない。また、本明細書で使われている技術的用語は、本明細書で特別に他の意味として定義されていない限り、本明細書に開示されている技術の属する分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解される意味として解釈されなければならず、過度に包括的な又は縮小した意味として解釈されてはならない。また、本明細書で使われている技術的な用語が本明細書に開示されている技術の思想を正確に表現できていない誤った技術的用語であるときは、当業者が正しく理解できる技術的用語に替えて理解されなければならない。また、本明細書で使われている一般的な用語は、事前に定義されているところ、または前後の文脈上によって解釈されなければならず、過度に縮小した意味として解釈されてはならない。

また、本明細書で使われている単数の表現は、文脈上明白に異なる意味をなさない限り、複数の表現を含む。本明細書で、“構成される”または“含む”などの用語は、明細書上に記載されている色々な構成要素、または色々な段階を必ず全て含むものと解釈されてはならず、そのうち一部の構成要素または一部の段階は含まれないこともあり、または追加の構成要素または段階を更に含み得るものと解釈されなければならない。

また、本明細書で使われている第１、第２などのように序数を含む用語は、多様な構成要素を説明するにあたって使われ得るが、上記構成要素は上記用語によって限定されてはならない。上記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使われる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない範囲で、第１構成要素は第２構成要素と命名されることができ、同様に第２構成要素も第１構成要素と命名されることができる。

以下、添付図面を参照しながら本明細書に開示されている実施例を詳しく説明するが、図面符号にかかわらず同一または類似の構成要素は同一の参照番号を付与し、これに関して重複する説明は省略することにする。

また、本明細書に開示されている技術を説明するにあたって、関連する公知技術に関する具体的な説明が本明細書に開示されている技術の要旨を不明瞭にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。また、添付図面は本明細書に開示されている技術の思想を容易に理解できるようにするためのものであるだけで、添付図面によってその技術の思想が制限されることと解釈されてはならないことを留意しなければならない。

以下では、本発明の一実施例を例示的な図面を通して詳しく説明する。各図面の各構成要素に参照符号を付加するにあたって、同一の構成要素に対しては、たとえ他の図面上に表示されても、なるべく同一の符号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにあたって、関連する公知構成又は機能に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明確にすると判断される場合、その詳しい説明は省略する。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施例について説明する。

図１は、本発明の一実施例による量子ノイズ基盤乱数生成器の性能を管理する性能管理装置が適用される環境を示した例示図である。

乱数生成器１００は、光源から放射されて各ピクセルに入力される光信号の所定時間中の光強度値を検出し、検出した光量に対するショットノイズ（ｓｈｏｔ ｎｏｉｓｅ又はｑｕａｎｔｕｍ ｓｈｏｔ ｎｏｉｓｅ）を基盤として真性乱数（Ｔｒｕｅ ｒａｎｄｏｍ ｎｕｍｂｅｒ）（以下、乱数）を生成する。

このような乱数生成器１００は、量子ノイズを基盤とする量子乱数生成器（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｒａｎｄｏｍ Ｎｕｍｂｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＱＲＮＧ）であり得、装備、モジュール又はチップ（ｃｈｉｐ）形態で具現されることができる。

このとき、乱数生成器１００の大きさ及び性能によって少なくとも一つの光源が備えられることができ、光源の個数に制限はない。以下では、説明の便宜のために、光源は１個として説明することにする。

性能管理装置２００は、乱数生成器１００の性能安定性を確保するための装置であり、特に光源から放射されて各ピクセルに入力される光信号の光強度値に対応して出力される各ピクセル別のＡＤＣ出力値（以下、出力値）を基盤として各ピクセル別の性能を分析する。

そして、性能管理装置２００は、各ピクセル別の性能を分析した結果に基づいて、光源及びイメージセンサのうち少なくとも一つの設定（ｓｅｔｔｉｎｇ）を制御するか、イメージセンサ内のＲＯＩ（ｒａｎｇｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）を変更して乱数生成器１００の性能安定性を確保及びモニタリングする。

このために、性能管理装置２００は、乱数生成器１００内の構成（例：光源、イメージセンサ、ＡＤＣなど）の入力及び出力信号を確認することができ、構成（例：光源、イメージセンサ、ＡＤＣなど）の設定値を制御することができる。具体的な内容は後述する。

性能管理装置２００は、乱数生成器１００の内部に一つのファンクションブロックとして搭載されることができる。又は、別途の装置として具現されて乱数生成器１００の性能安定性を確保及びモニタリングすることができる。

以下では、乱数生成器１００の基本構造について簡単に説明する。

図２に示されているように、乱数生成器１００は、光源１１０から放射されてイメージセンサ１２０の各ピクセルに入力される光信号の所定時間中の光強度値、すなわち光量を検出し、検出した光量に対するショットノイズ（ｓｈｏｔ ｎｏｉｓｅ又はｑｕａｎｔｕｍ ｓｈｏｔ ｎｏｉｓｅ）を基盤として真性乱数（Ｔｒｕｅ ｒａｎｄｏｍ ｎｕｍｂｅｒ）（以下、乱数）を生成する。乱数生成器１００は、装備、モジュール又はチップ（ｃｈｉｐ）形態で具現されることができる。

乱数生成器１００は、光源１１０、イメージセンサ１２０、増幅器１３０及びＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ−ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１４０を含むことができる。

光源１１０は、光子を放射し、例えば多数の光子からなる光信号を連続的に放射することができる。

光源１１０は、レーザー（ｌａｓｅｒ）などのような干渉光（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｌｉｇｈｔ）又はＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）などのようなカオス光（ｃｈａｏｔｉｃ ｌｉｇｈｔ）を放射することができる。もし、光源１１０としてＬＥＤが使われる場合、量子ノイズ特性が維持できるように設定された臨界範囲内で適正電流を印加することができる。

イメージセンサ１２０は、イメージセンサ１２０が装着されたカメラモジュールであり得、検出される光量の量子ノイズを利用して乱数１５０が生成されることができるように特定時間単位で累積された電流／電圧を増幅器１３０に伝達する。

このとき、イメージセンサ１２０は、ＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ及びＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）センサなどで具現されることができ、光源１１０から放射される光信号を検出することができる他の類似センサでも具現されることができる。

イメージセンサ１２０は、少なくとも一つのピクセル（ＰＩ１−ＰＩｎ）を含み、各ピクセル（ＰＩ１−ＰＩｎ）は制御信号によって制御されることができる。

増幅器１３０は、イメージセンサ１２０から入力される電流／電圧を増幅してからＡＤＣ１４０に伝送する。

ＡＤＣ１４０は、増幅器１３０を通して特定時間単位で累積された電流／電圧が増幅されてアナログ信号で受信されると、受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換して乱数１５０を生成する。

上述の乱数生成器１００の構造は、関連する類似技術がＰｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｘ，４，０３１０５６（２０１４）などに既に公知となっていることを確認することができる。

乱数生成器１００を通して乱数１５０が生成される場合、イメージセンサ１２０の各ピクセルに特定時間累積された光強度値がポアソン分布（Ｐｏｉｓｓｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）に従う。光強度値の平均（ｍｅａｎ）値と分散（ｖａｒｉａｎｃｅ）値は、数式１のように線形比例関係である。

（数式１）
ｍ＝σ^２
ここで、ｍは光強度値の平均（ｍｅａｎ）値を意味し、σ^２は分散（ｖａｒｉａｎｃｅ）を意味する。

このような理由により、光強度値の変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）に対する測定子（ｍｅａｓｕｒｅ）である分散（ｖａｒｉａｎｃｅ）は、平均（ｍｅａｎ）値によって決まり、イメージセンサ１２０の各ピクセルでの乱数性は、結局、光強度値の平均（ｍｅａｎ）値によって決まる。

従って、イメージセンサ１２０から出力されるエントロピー（ｅｎｔｒｏｐｙ）は、ポアソン分布（Ｐｏｉｓｓｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）による各ピクセル別の光強度値の平均（ｍｅａｎ）値によって決まり、決まったエントロピー（ｅｎｔｒｏｐｙ）によって乱数性の品質が決まる。

すなわち、各ピクセル別の光強度値の平均（ｍｅａｎ）値が増加すると、分散が増加し、各ピクセル別の光強度値の変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）が大きくなり、エントロピー（ｅｎｔｒｏｐｙ）が増加して乱数性の品質が向上する。

一方、各ピクセル別の光強度値の平均（ｍｅａｎ）値が減少すると、分散が減少し、各ピクセル別の光強度値の変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）が小さくなり、エントロピー（ｅｎｔｒｏｐｙ）が減少して乱数性の品質が低下する。

乱数生成器１００は、光源１１０とイメージセンサ１２０を利用してエントロピー（ｅｎｔｒｏｐｙ）に対応するエントロピー信号（ｅｎｔｒｏｐｉｃ ｓｉｇｎａｌ）を生成し、ＲＮＧ（Ｒａｎｄｏｍ Ｎｕｍｂｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）後処理段階（ｐｏｓｔ−ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を行って乱数１５０を生成する。

しかし、光源１１０とイメージセンサ１２０の製造工程で生じ得る特性差、乱数生成器１００を具現する方式又は構造による特性、外部温度、電流供給など多様な原因によって、同一の乱数生成器モジュール、チップ、又は機器でもイメージセンサ１２０から出力されるエントロピー信号（ｅｎｔｒｏｐｉｃ ｓｉｇｎａｌ）がそれぞれ異なる特性の値を有し得る。その結果、最終的に出力される乱数性の品質が相異することになる問題が発生する。

このような問題点を解消するためには、イメージセンサ１２０から出力されるエントロピー信号（ｅｎｔｒｏｐｉｃ ｓｉｇｎａｌ）の値（ｖａｌｕｅ）が機器にかかわらず一定範囲にあり得るようにし、イメージセンサ１２０の各ピクセルが十分な乱数性（ｒａｎｄｏｍｎｅｓｓ）を確保できるようにし、ピクセル（ｐｉｘｅｌ）間の偏差を最小化して、光源１００のオン（ｏｎ）状態が維持される限り継続して十分な乱数性（ｒａｎｄｏｍｎｅｓｓ）を確保できるようにすることが重要である。

よって、本発明では、それぞれ異なる乱数生成器が多様な性能安定性低下原因の影響を受ける場合にも、光源１１０及びイメージセンサ１２０の状態を制御した後、周期的なモニタリング／制御を通して乱数生成器１００の出力品質に対する安定性を確保するための方案を提案しようとする。

以下では、図３を参照して乱数生成器１００の性能安定性を確保するための本発明の実施例による性能管理装置２００の構成を具体的に説明するようにする。

図３に示されているように、本発明の一実施例による性能管理装置２００は、光源１１０から放射される光信号が少なくとも一つのピクセルを含むイメージセンサ１２０に入力される場合、各ピクセルに入力される光信号の光強度値に対応して各ピクセルから出力される出力値を確認する出力確認部２１０、各ピクセルの出力値と既に設定された統計特性基準領域を利用して各ピクセルの性能を分析する性能分析部２２０、各ピクセルの性能を分析した結果に基づいて光源１１０及びイメージセンサ１２０のうち少なくとも一つが制御されることができるように設定値を変更する設定変更部２３０、及び、設定値の変更以後、各ピクセルの出力品質をモニタリングするモニタリング部２４０を含む構成を有することができる。

上記の出力確認部２１０、性能分析部２２０、設定変更部２３０及びモニタリング部２４０を含む性能管理装置２００の全体構成ないしは少なくとも一部は、ソフトウェアモジュール又はハードウェアモジュール形態で具現されるか、或いはソフトウェアモジュールとハードウェアモジュールとが組み合わされた形態でも具現されることができる。

結局、本発明の一実施例による性能管理装置２００は、上記の構成を通して光源１１０から放射されてイメージセンサ１２０の各ピクセルに入力される光信号の光強度値に対応して出力される各ピクセル別の出力値を基盤として乱数生成器の性能安定性を確保することにより、イメージセンサ１２０から出力されるエントロピー信号（ｅｎｔｒｏｐｉｃ ｓｉｇｎａｌ）の値が機器にかかわらず一定範囲内で出力されることができ、それによって各ピクセル間の偏差を最小化しながらも十分な乱数性が持続的に確保される。以下では、このための性能管理装置２００内の各構成について具体的に説明することにする。

出力確認部２１０は、イメージセンサ１２０の各ピクセルに入力される光信号の光強度値に対応して出力される各ピクセルの出力値を確認する。

より具体的に、出力確認部２１０は、光源１１０がオン（ｏｎ）状態か又はオフ（ｏｆｆ）状態かを確認した後、現在状態でのイメージセンサ１２０の各ピクセルの出力値を検出する。

ここで、各ピクセルの出力値は、イメージセンサ１２０ごとに８ビット（ｂｉｔ）、１０ビット（ｂｉｔ）、１６ビット（ｂｉｔ）などと並列出力（ｐａｒａｌｌｅｌ ｏｕｔｐｕｔ）されることもできるし、シリアル出力（ｓｅｒｉａｌ ｏｕｔｐｕｔ）されることもできる。

このように並列出力（ｐａｒａｌｌｅｌ ｏｕｔｐｕｔ）又はシリアル出力（ｓｅｒｉａｌ ｏｕｔｐｕｔ）で出力されても各ピクセルの出力値は、結局一定範囲のデジタル値（ｄｉｇｉｔａｌ ｖａｌｕｅ）として解釈される。

例えば、各ピクセルの出力が１０ビット（ｂｉｔ）の場合は、ＡＤＣ１４０を通してデジタル値（ｄｉｇｉｔａｌ ｖａｌｕｅ）として解釈される出力値が（０〜１０２３）の間の値を有する。

各ピクセルの出力値を検出するとき、出力確認部２１０は、運用者の設定によって、イメージセンサ１２０の全体ピクセルに対する出力値を全て確認することもできるし、時間を短縮するために一部だけ（例：一定間隔又は特定パターン（ｐａｔｔｅｒｎ））確認することもできる。以下では、説明の便宜のために、イメージセンサ１２０の各ピクセルに対する出力値を全て確認すると仮定して説明する。

以後、出力確認部２１０は、イメージセンサ１２０の各ピクセルの出力値を検出した結果を知らせるための検出結果信号を生成する。

すなわち、出力確認部２１０は、現在光源１１０がオン（ｏｎ）状態の場合、イメージセンサ１２０の各ピクセルの出力値を検出した後、検出された各ピクセルの出力値を含むオン状態検出結果信号を生成する。

ここで、オン状態検出結果信号には、光源がオン（ｏｎ）状態であるとき検出された各ピクセルの出力値、及び光源がオン（ｏｎ）状態であることを確認することができる識別子などが含まれることができる。

一方、出力確認部２１０は、光源１１０がオフ（ｏｆｆ）状態の場合、イメージセンサ１２０の各ピクセルの出力値を検出した後、検出された各ピクセルの出力値を含むオフ状態検出結果信号を生成する。

ここで、オフ状態検出結果信号には、光源がオフ（ｏｆｆ）状態であるとき検出された各ピクセルの出力値、及び光源がオフ（ｏｆｆ）状態であることを確認することができる識別子などが含まれることができる。

このように光源のオン（ｏｎ）／オフ（ｏｆｆ）状態による検出結果信号が生成されると、出力確認部２１０は、検出結果信号を性能分析部２２０に伝達する。

性能分析部２２０は、各ピクセルの出力値と既に設定された統計特性基準領域を利用して各ピクセルの性能を分析する。

より具体的に、性能分析部２２０は、出力確認部２１０から受信される検出結果信号に基づいて光源１１０のオン（ｏｎ）／オフ（ｏｆｆ）状態による各ピクセルの性能を分析する。

先ず、光源１１０がオン（ｏｎ）状態であるとき各ピクセルの性能を分析する過程について説明する。

性能分析部２２０は、出力確認部２１０からオン状態検出結果信号が受信される場合、現在光源１１０がオン（ｏｎ）状態であると判断する。次に、性能分析部２２０は、オン状態検出結果信号から光源がオン（ｏｎ）状態であるとき検出された各ピクセルの出力値を確認する。

以後、性能分析部２２０は、各ピクセルの出力値と既に設定された統計特性基準領域とを比較した結果に基づいて性能結果を生成する。

このとき、運用者の設定によって、イメージセンサ１２０の全体ピクセルに対する出力値を全て既に設定された統計特性基準領域と比較することもできるし、時間を短縮するために一部だけ（例：一定間隔又は特定パターン（ｐａｔｔｅｒｎ））比較することもできる。以下では、説明の便宜のために、イメージセンサ１２０の各ピクセルに対する出力値と既に設定された統計特性基準領域とを全て比較すると仮定して説明することにする。

ここで、統計特性基準領域は、量子ショットノイズ（ｑｕａｎｔｕｍ ｓｈｏｔ ｎｏｉｓｅ）の統計特性を維持している領域に各ピクセルの出力値が分布しているか又は十分な変動性（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）を有しているかを確認するための基準範囲であり得る。

このような、統計特性基準領域は、優れた乱数性を確保するために量子ショットノイズ（ｑｕａｎｔｕｍ ｓｈｏｔ ｎｏｉｓｅ）の統計特性を維持する区間（以下、統計特性維持区間）内でなるべく大きい値を有し、各ピクセル別の光強度値の変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）幅が大きい領域に設定し、飽和（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）となるか又は量子ショットノイズ（ｑｕａｎｔｕｍ ｓｈｏｔ ｎｏｉｓｅ）特性を脱する区間は排除するのが望ましい。

これに関連して、図４では本発明の実施例による統計特性基準領域の一例を示している。図４では、イメージセンサ１２０のＡＤＣ１４０の出力値が１０ビット（ｂｉｔ）であるケースについて説明する。

図４に示されているように、本発明の一実施例による統計特性基準領域は、イメージセンサ１２０の出力が１０ビット（ｂｉｔ）の場合、各ピクセルに特定時間累積された光強度値の変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）幅がデジタル値（ｄｉｇｉｔａｌ ｖａｌｕｅ）として解釈されたときに有し得る出力値の範囲である（０〜１０２３）内で決まり、この範囲の一部又は全体で量子ショットノイズ（ｑｕａｎｔｕｍ ｓｈｏｔ ｎｏｉｓｅ）の統計特性を維持することができる。このような特性維持区間を確認するために、別途の追加的な統計分析モジュールが含まれることができる。

統計特性基準領域は、ポアソン分布（Ｐｏｉｓｓｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）に従う各ピクセルの光強度値の変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）幅がデジタル値（ｄｉｇｉｔａｌ ｖａｌｕｅ）として解釈されたときに有し得る最低値（例：０）と最大値（例：１０２３）との間の特性維持区間（Ｒ）内で、なるべく変動幅が大きい区間に決まる。

すなわち、統計特性基準領域は、特性維持区間（Ｒ）内で、既に設定された変動幅区分基準値（例：１００、５１２など）以上に該当する区間（Ｒ２、Ｒ１）に決まる。

ここで統計特性基準領域を決める方法は、乱数生成器の特性に合うように多様な方式で決定されることができる。

一例としては、変動幅が大きい領域と変動幅が小さい領域に対する変動幅区分基準値（例：１００、５１２など）を先ず設定し、変動幅が大きい領域すなわち出力値が大きい領域（最大値（例：１０２３）、変動幅区分基準値（例：１００、５１２など））内で統計特性基準領域（Ｒ２、Ｒ１）を決定することができる。

よって、性能分析部２２０は、デジタル値（ｄｉｇｉｔａｌ ｖａｌｕｅ）に変換された各ピクセル別の出力値と既に設定された統計特性基準領域とを比較して該当ピクセルの性能安定性を判断することができる。

すなわち、性能分析部２２０は、各ピクセルの出力値（又は出力値の平均など出力値の特性を代弁できる、ある値）が既に設定された統計特性基準領域に含まれる場合、各ピクセルの性能が安定していると判断して第１性能分析結果信号を生成することになる。

また、性能分析部２２０は、各ピクセルの出力値（又は出力値の平均など出力値の特性を代弁できる、ある値）が既に設定された統計特性基準領域に含まれない場合、各ピクセルの性能が安定していないと判断して第２性能分析結果信号を生成することになる。第２性能分析結果信号は、設定変更部２３０が設定値を変更するための参考データを含むことができる。

本発明では、各ピクセルの性能が安定していると判断される場合は第１性能分析結果信号を生成し、各ピクセルの性能が安定していないと判断される場合は第２性能分析結果信号を生成して伝送するものとして言及した。

しかし、本発明は、これに限定されず、各ピクセルの性能が安定している場合には別途の信号を生成及び伝送せず、性能が安定していない場合にだけ設定値変更に係る信号を生成して伝送する方式などのように多様な信号処理方式によって運用されることができる。

次に、光源１１０がオフ（ｏｆｆ）状態であるとき各ピクセルの性能を分析する過程について説明することにする。

性能分析部２２０は、出力確認部２１０からオフ状態検出結果信号が受信される場合、現在光源１１０がオフ（ｏｆｆ）状態であると判断する。次に、性能分析部２２０は、オフ状態検出結果信号から光源１１０がオフ（ｏｆｆ）状態であるとき検出された各ピクセルの出力値を確認する。

以後、性能分析部２２０は、各ピクセルの出力値が既に設定されたノイズ判断基準値（例：０又は０よりも大きい特定値）よりも大きい値で出力されているかを確認する。

すなわち、性能分析部２２０は、光源１１０がオフ（ｏｆｆ）状態であるとき、各ピクセルの出力値が上記ノイズ判断基準値よりも大きい値で出力されている場合にはイメージセンサ１２０の電気的ノイズ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｎｏｉｓｅ）が基準以上であると判断する。そして、電気的ノイズの除去のための設定値が変更されるように電気的ノイズ非正常信号を生成し、これを設定変更部２３０に伝送する。

電気的ノイズ非正常信号は、設定変更部２３０が設定値を変更することができる参考データを含むことができる。

ここで、ノイズ判断基準値は、電気的ノイズの発生有無を判断するために設定される基準値であり、運営者の設定によって異なる値を有し得る。

一方、光源１１０がオフ（ｏｆｆ）状態であるとき、各ピクセルの出力値が上記ノイズ判断基準値よりも小さい値で出力されている場合は、イメージセンサ１２０の電気的ノイズ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｎｏｉｓｅ）が基準以下であると判断して、電気的ノイズが正常範囲に含まれていることを知らせるために電気的ノイズ正常信号を生成し、これを設定変更部２３０に伝送する。

本発明では各ピクセルの出力値が既に設定されたノイズ判断基準値よりも大きい場合には電気的ノイズ非正常信号を生成し、各ピクセルの出力値が上記ノイズ判断基準値よりも小さい場合には電気的ノイズ正常信号を生成して伝送するものとして言及した。

しかし、本発明は、これに限定されず、電気的ノイズが正常範囲に含まれる場合には別途の信号を生成及び伝送せず、電気的ノイズが発生したと判断される場合にだけ設定値変更に係る信号を生成して伝送する方式などのように多様な信号処理方式によって運用されることができる。

一方、設定変更部２３０は、各ピクセルの性能を分析した結果に基づいて光源１１０及びイメージセンサ１２０のうち少なくとも一つが制御されることができるように設定値を変更する。

先ず、光源１１０がオン（ｏｎ）状態であるとき各ピクセルの性能を分析した結果に基づいて設定値を変更する過程について説明する。

より具体的に、設定変更部２３０は、性能分析部２２０から第２性能分析結果信号が受信されると、光源１１０がオン（ｏｎ）状態であるとき各ピクセルの性能が安定していないことを意味するため、光源１１０及びイメージセンサ１２０のうち少なくとも一つの状態を制御するための設定値を変更する。

このとき、光源１１０及びイメージセンサ１２０のうち少なくとも一つの状態を制御するために、光源１１０及びイメージセンサ１２０内の各部品のレジスター（ｒｅｇｉｓｔｅｒ）値を変更するか、実際に印加される電圧又は電流を制御するためのセッティング値（ｓｅｔｔｉｎｇ）を変更することができる。

以下では、光源１１０及びイメージセンサ１２０のうち少なくとも一つの設定値を変更するものとして説明することにする。

先ず、光源１１０の状態を制御する場合、設定変更部２３０は、各ピクセルの性能安定化のために光源１１０の光量又は光強度制御に係る第１設定値を変更して光源１１０に印加される電流量又は電圧量が変更されるようにする。

ここで、第１設定値は、電流量又は電圧量制御のための特定の構成の設定値に限定されず、乱数生成器１００内で光源１１０の光量を制御することができるあらゆる構成に対する設定値であり得る。

すなわち、設定変更部２３０は、各ピクセルの出力値が全般的に低く形成される場合は、光源１１０に印加される電流量又は電圧量が増加するように第１設定値を制御し、反対に各ピクセルの出力値が高く形成される場合は、光源１１０に印加される電流量又は電圧量が減少するように第１設定値を制御する。

次に、イメージセンサ１２０の状態を制御する場合、設定変更部２３０は、各ピクセルの性能安定化のためにイメージセンサ１２０内の各ピクセルの駆動制御に係る第２設定値を変更して所望するだけの変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）が発生するようにすることができる。

ここで、第２設定値は、イメージセンサ１２０のアナログゲイン（ａｎａｌｏｇ ｇａｉｎ）、露出時間（ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｉｍｅ）などのように各ピクセルの感度を制御するための駆動制御パラメータが含まれることができ、これに限定されず、イメージセンサ１２０を構成する多数のピクセルのうち所望する領域に含まれるピクセルの出力値が所望するだけ変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）して出力できるようにする他のパラメータも含まれることができる。

大部分の場合、光源１１０の電流量又は電圧量制御に係る第１設定値を変更して制御することを優先的に行うことができる。

一方、イメージセンサ１２０の状態を制御したにもかかわらず各ピクセルに入力される光信号の光強度値の均一度が既に設定された均一度判断基準範囲に含まれなければ、設定変更部２３０は、各ピクセルに入力される光信号の光強度値が所望する程度に均一ではないと判断し、イメージセンサ１２０のＲＯＩ（ｒａｎｇｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）制御に係る第３設定値を変更して光信号の光強度値が均一に入力される特定領域のみを選択して使用することもできる。

ここで、第３設定値は、イメージセンサ１２０内の全体領域のうち使用者が所望する特定領域のみを選択するためのあらゆるパラメータ（例：スタート点設定、長さ設定など）を含むことができる。均一度判断基準範囲は、各ピクセルに入力される光信号の光強度値の均一な程度を判断するために設定される基準値であり、運営者の設定によって異なる値を有し得る。

このとき、ＲＯＩ（ｒａｎｇｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）は、光信号の光強度値が均一に入力される特定領域を区分することができる横スタート点、縦スタート点、横の長さ及び縦の長さを指定することで変更されることになり、一般的にはイメージセンサ１２０のレジスタ（ｒｅｇｉｓｔｅｒ）値を制御することで変更することができる。

結局、設定変更部２３０は、イメージセンサ１２０の多数のピクセルのうち一定間隔又はパターン（ｐａｔｔｅｒｎ）で配置されたピクセルの出力値を確認して、光信号の光強度値が均一に入力されるピクセルが含まれる領域を特定領域として決定する。

以後、設定変更部２３０は、イメージセンサ１２０内で特定領域を使用する領域として区分し、特定領域以外の残りの領域を捨てられる領域として区分した後、特定領域をＲＯＩとして決定することになる。

このようにＲＯＩを決定する方法としては、上述の方式を使うのが一般的であるが、スタート点又は長さを指定するにあたって一部制限要素があり得るため、場合によっては多数の領域を指定するか又は長方形ではない形態までも可能であり得る。

次に、光源１１０がオフ（ｏｆｆ）状態であるとき各ピクセルの性能を分析した結果に基づいて設定値を変更する過程について説明することにする。

より具体的に、設定変更部２３０は、性能分析部２２０から電気的ノイズ非正常信号が受信される場合、光源１１０がオフ（ｏｆｆ）状態であるとき電気的ノイズが基準以上であるということであるため、電気的ノイズに係る第４設定値を変更することになる。

ここで、第４設定値は、イメージセンサ１２０のオフセット値（ｏｆｆｓｅｔ ｖａｌｕｅ）、アナログゲイン（ａｎａｌｏｇ ｇａｉｎ）、露出時間（ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｉｍｅ）などが含まれることができ、これに限定されず、電気的ノイズを除去することができるなら他のパラメータも含まれることができる。

モニタリング部２４０は、光源１１０及びイメージセンサ１２０のうち少なくとも一つが制御されることができるように設定値を変更した後、各ピクセルの出力値の品質をモニタリングする機能を行う。

より具体的に、モニタリング部２４０は、光源１１０及びイメージセンサ１２０のうち少なくとも一つに対する設定値の変更が完了すると、周期的に状態モニタリングとそれによる追加調整を行う。

この時、モニタリング周期の設定は、ハードウェアの特性によって１ｍｓｅｃ、１秒、１分などのように多様な単位を基準に設定されることができる。

このように周期的な状態モニタリングを行った結果、各ピクセルの出力値が所望領域から脱する場合、特に、数回にわたって、一定水準以上脱する場合、モニタリング部２４０は、光源１１０及びイメージセンサ１２０のうち少なくとも一つに対する設定値変更を再び行わなければならないことを知らせるために警告シグナルを生成する。

もし、警告シグナルが短い周期で繰り返し生成される場合は、乱数生成器１００の動作を一時中止させ、ウォームブーティング（ｗａｒｍ ｂｏｏｔｉｎｇ）又はコールドブーティング（ｃｏｌｄ ｂｏｏｔｉｎｇ）をすることもできる。

一方、周期的な状態モニタリングを行ったとき、各ピクセルの出力値が所望領域にある場合でも、各ピクセルの出力値の品質をテストする装置（例：テストモジュール）が異常兆候を発見する場合には、警告シグナルを生成して、光源１１０及びイメージセンサ１２０のうち少なくとも一つに対する設定値が再び変更されることができるように制御することになる。

勿論、上記の性能分析、設定変更、モニタリング機能は、乱数生成器を初めてブートしたときの初期光強度状態が統計特性基準領域内で安定的な値（例：中間値５１２）に近似に維持されるようにするのに使われることもできる。

以下では、図５を参照して本発明の一実施例による性能管理装置２００での乱数生成器１００の性能安定性を確保する動作の流れを説明することにする。以下では、説明の便宜のために、上述の図１〜図４における参照番号を言及して説明することにする。図５で言及する乱数生成器１００の性能安定性を確保する動作の流れは、運営者の選択によって全て使われることもできるし、一部だけ使われることもできる。

先ず、出力確認部２１０は、イメージセンサ１２０の各ピクセルに入力される光信号の光強度値に対応して出力される各ピクセルの出力値を確認する（Ｓ１００）。

すなわち、出力確認部２１０は、光源１１０がオン（ｏｎ）状態か又はオフ（ｏｆｆ）状態かを確認した後、現在状態でのイメージセンサ１２０の各ピクセルの出力値を検出する。

結局、出力確認部２１０は、現在光源１１０がオン（ｏｎ）状態の場合、イメージセンサ１２０の各ピクセルの出力値を検出した後、検出された各ピクセルの出力値を含むオン状態検出結果信号を生成し、現在光源１１０がオフ（ｏｆｆ）状態の場合、イメージセンサ１２０の各ピクセルの出力値を検出した後、検出された各ピクセルの出力値を含むオフ状態検出結果信号を生成する。

以後、出力確認部２１０は、検出結果信号を性能分析部２２０に伝達する。

性能分析部２２０は、検出結果信号に基づいて光源１１０がオン（ｏｎ）状態であるか否かを判断する（Ｓ１０１）。

Ｓ１０１段階の判断の結果、検出結果信号がオン（ｏｎ）状態検出結果信号の場合、性能分析部２２０は、現在光源１１０がオン（ｏｎ）状態であると判断し、光源がオン（ｏｎ）状態であるとき検出された各ピクセルの出力値を確認する。

以後、性能分析部２２０は、各ピクセルの出力値が既に設定された統計特性基準領域に含まれるか否かを判断する（Ｓ１０２）。

ここで、統計特性基準領域は、量子ショットノイズ（ｑｕａｎｔｕｍ ｓｈｏｔ ｎｏｉｓｅ）の統計特性を維持している領域に各ピクセルの出力値が分布しているか、又は十分な変動性（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）を有しているかを確認するための基準範囲であり得る。

Ｓ１０２段階の判断の結果、各ピクセル別の出力値が既に設定された統計特性基準領域に含まれない場合、性能分析部２２０は、各ピクセルの性能が安定していないと判断して第２性能分析結果信号を生成し、これを設定変更部２３０に伝達する（Ｓ１０３）。第２性能分析結果信号は、設定変更部２３０が設定値を変更するための参考データを含むことができる。

設定変更部２３０は、性能分析部２２０から第２性能分析結果信号が受信される場合、光源１１０がオン（ｏｎ）状態であるとき各ピクセルの性能が安定していないということであるため、光源１１０及びイメージセンサ１２０のうち少なくとも一つの状態が制御されることができるように設定値を変更する（Ｓ１０４）。

先ず、光源１１０の状態を制御する場合、設定変更部２３０は、各ピクセルの性能安定化のために光源１１０の光量又は光強度制御に係る第１設定値を変更して光源１１０に印加される電流量又は電圧量が変更されるようにする。

ここで、第１設定値は、電流量又は電圧量制御のための特定の構成の設定値に限定されず、乱数生成器１００内で光源１１０の光量を制御することができるあらゆる構成に対する設定値であり得る。

すなわち、設定変更部２３０は、各ピクセルの出力値が全般的に低く形成される場合は光源１１０に印加される電流量又は電圧量が増加するように第１設定値を制御し、反対に各ピクセルの出力値が高く形成される場合は光源１１０に印加される電流量又は電圧量が減少するように第１設定値を制御する。

次に、イメージセンサ１２０の状態を制御する場合、設定変更部２３０は、各ピクセルの性能安定化のためにイメージセンサ１２０内の各ピクセルの駆動制御に係る第２設定値を変更して所望するだけの変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）が発生するようにすることができる。

ここで、第２設定値は、イメージセンサ１２０のアナログゲイン（ａｎａｌｏｇ ｇａｉｎ）、露出時間（ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｉｍｅ）などのように各ピクセルの感度を制御するための駆動制御パラメータが含まれることができ、これに限定されず、イメージセンサ１２０を構成する多数のピクセルのうち所望する領域に含まれるピクセルの出力値が所望するだけ変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）して出力できるようにする他のパラメータも含まれることができる。

一方、イメージセンサ１２０の状態を制御したにもかかわらず各ピクセルに入力される光信号の光強度値の均一度が既に設定された均一度判断基準範囲に含まれなければ、設定変更部２３０は、各ピクセルに入力される光信号の光強度値が所望する程度に均一ではないと判断し、イメージセンサ１２０のＲＯＩ（ｒａｎｇｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）制御に係る第３設定値を変更して光信号の光強度値が均一に入力される特定領域のみを選択して使用することもできる（Ｓ１０５）。

ここで、第３設定値は、イメージセンサ１２０内の全体領域のうち使用者が所望する特定領域のみを選択するためのあらゆるパラメータ（例：スタート点設定、長さ設定など）が含まれることができる。

結局、設定変更部２３０は、イメージセンサ１２０の多数のピクセルのうち一定間隔又はパターン（ｐａｔｔｅｒｎ）で配置されたピクセルの出力値を確認して、光信号の光強度値が均一に入力されるピクセルが含まれる領域を特定領域として決定する。

以後、設定変更部２３０は、イメージセンサ１２０内で特定領域を使用する領域として区分し、特定領域以外の残りの領域を捨てられる領域として区分した後、特定領域をＲＯＩとして決定することになる。

一方、モニタリング部２４０は、上述により、光源１１０及びイメージセンサ１２０のうち少なくとも一つが制御されることができるように設定値が変更されるか又はＲＯＩ（ｒａｎｇｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）制御された後、各ピクセルの出力値の品質をモニタリングする機能を行う（Ｓ１０６）。

もし、Ｓ１０２段階の判断の結果、各ピクセル別の出力値が既に設定された統計特性基準領域に含まれる場合、性能分析部２２０は、各ピクセルの性能が安定していると判断することになり（Ｓ１０７）、以後、モニタリング部２４０によってＳ１０６段階の周期的な状態モニタリング過程が行われるようになる。

一方、Ｓ１０１段階の判断の結果、検出結果信号がオフ状態検出結果信号である場合、性能分析部２２０は、現在光源１１０がオフ（ｏｆｆ）状態であると判断し、光源がオフ（ｏｆｆ）状態のとき検出された各ピクセルの出力値を確認する（Ｓ１０８）。

以後、性能分析部２２０は、各ピクセルの出力値が既に設定されたノイズ判断基準値（例：０又は０よりも大きい特定値）よりも大きい値で出力されているかを確認する（Ｓ１０９）。

Ｓ１０９段階の判断の結果、光源１１０がオフ（ｏｆｆ）状態であるとき、各ピクセルの出力値が上記ノイズ判断基準値よりも大きい値で出力されている場合、性能分析部２２０は、イメージセンサ１２０の電気的ノイズ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｎｏｉｓｅ）が基準以上であると判断して、電気的ノイズの除去のための設定値が変更されるように電気的ノイズ非正常信号を生成し、これを設定変更部２３０に伝送する（Ｓ１１０）。

電気的ノイズ非正常信号は、設定変更部２３０が設定値を変更することができる参考データを含むことができる。

設定変更部２３０は、性能分析部２２０から電気的ノイズ非正常信号が受信される場合、光源１１０がオフ（ｏｆｆ）状態であるとき電気的ノイズが基準以上であるということであるため、電気的ノイズに係る第４設定値を変更する（Ｓ１１１）。

ここで、第４設定値は、イメージセンサ１２０のオフセット値（ｏｆｆｓｅｔ ｖａｌｕｅ）、アナログゲイン（ａｎａｌｏｇ ｇａｉｎ）、露出時間（ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｉｍｅ）などが含まれることができ、これに限定されず、電気的ノイズを除去することができるなら他のパラメータも含まれることができる。

一方、Ｓ１０９段階の判断の結果、光源１１０がオフ（ｏｆｆ）状態であるとき、各ピクセルの出力値が上記ノイズ判断基準値よりも小さい値で出力されている場合は、イメージセンサ１２０の電気的ノイズ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｎｏｉｓｅ）が基準以下で正常範囲に含まれていると判断することになり、以後、モニタリング部２４０によって１０６段階の周期的な状態モニタリング過程が行われる。

このような本発明の一実施例による乱数生成器１００の性能安定性を確保する動作の流れは、ＱＲＮＧを製造する段階での品質テスト及び駆動中における品質安定性確保のために使用されることができ、これに限定されず、ＱＲＮＧの性能安定性確保に係る全ての段階（例：リリース前の段階など）にも適用されることができることは勿論である。

以上説明したように、本発明の一実施例によれば、光源から放射されて各ピクセルに入力される光信号の光強度値に対応して出力される各ピクセル別の出力値を基盤として乱数生成器の性能安定性を確保することにより、イメージセンサから出力されるエントロピー信号（ｅｎｔｒｏｐｉｃ ｓｉｇｎａｌ）の値が機器にかかわらず一定範囲内で出力されることができ、それによって各ピクセル間の偏差を最小化しながらも十分な乱数性が持続的に確保される効果を達成する。

一方、本明細書で説明する機能的な動作と主題の具現物は、デジタル電子回路で具現されるか、本明細書で開示する構造及びその構造的な等価物を含むコンピュータソフトウェア、ファームウェアあるいはハードウェアで具現されるか、これらのうち一つ以上の結合で具現されることができる。本明細書で説明する主題の具現物は、一つ以上のコンピュータプログラム製品、すなわち、処理システムの動作を制御するために或いはこれによる実行のために有形のプログラム保存媒体上にエンコードされたコンピュータプログラム命令に関する一つ以上のモジュールとして具現されることができる。

コンピュータで読み取り可能な媒体は、機械で読み取り可能な保存装置、機械で読み取り可能な保存基板、メモリ装置、機械で読み取り可能な電波型信号に影響を及ぼす物質の組成物或いはこれらのうち一つ以上の組み合わせであり得る。

本明細書で“システム”や“装置”とは、例えばプログラマブルプロセッサ、コンピュータあるいは多重プロセッサやコンピュータを含んでデータを処理するためのあらゆる機構、装置及び機械を包括する。処理システムは、ハードウェアに付け加えて、例えばプロセッサファームウェアを構成するコード、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステムあるいはこれらのうち一つ以上の組み合わせなど、要請時コンピュータプログラムに対する実行環境を形成するコードを含むことができる。

コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、スクリプトあるいはコードとしても知られている）は、コンパイルまたは解釈された言語やアプリオリあるいは手続き型言語を含むプログラミング言語の如何なる形態でも作成されることができ、独立型プログラムやモジュール、コンポーネント、サブルーティンあるいはコンピュータ環境での使用に適した他のユニットを含み如何なる形態でも展開されることができる。コンピュータプログラムは、ファイルシステムのファイルに必ずしも対応するものではない。プログラムは、要請されたプログラムに提供される単一ファイル内に、あるいは多重の相互作用するファイル（例えば、一つ以上のモジュール、下位プログラムあるいはコードの一部を保存するファイル）内に、あるいは他のプログラムやデータを保有するファイルの一部（例えば、マークアップ言語文書内に保存される一つ以上のスクリプト）内に保存されることができる。コンピュータプログラムは、一つのサイトに位置するか複数のサイトにわたり分散して通信ネットワークにより相互接続された多重コンピュータや一つのコンピュータ上で実行されるように展開されることができる。

一方、コンピュータプログラム命令語とデータの保存に適したコンピュータで読み取り可能な媒体は、例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ及びフラッシュメモリ装置のような半導体メモリ装置、例えば、内部ハードディスクや外付型ディスクのような磁気ディスク、磁気光学ディスク及びＣＤ−ＲＯＭとＤＶＤ−ＲＯＭディスクを含みあらゆる形態の非揮発性メモリ、媒体及びメモリ装置を含むことができる。プロセッサとメモリは、特殊目的の論理回路によって補充されるか、それに統合されることができる。

本明細書で説明した主題の具現物は、例えばデータサーバーのようなバックエンドコンポーネントを含むか、例えばアプリケーションサーバーのようなミドルウェアコンポーネントを含むか、例えばユーザーが本明細書で説明した主題の具現物と相互作用可能なウェブブラウザやグラフィックユーザーインターフェースを有するクライアントコンピュータのようなフロントエンドコンポーネントあるいはそのようなバックエンド、ミドルウェアあるいはフロントエンドコンポーネントの一つ以上のあらゆる組み合わせを含む演算システムで具現されることもできる。システムのコンポーネントは、例えば通信ネットワークのようなデジタルデータ通信の如何なる形態や媒体によっても相互接続可能である。

本明細書は多数の特定の具現物の詳細事項を含むが、これらは如何なる発明や請求可能なものの範囲に対しても制限的なものとして理解されてはならず、むしろ特定の発明の特定の実施形態の特有の特徴に関する説明として理解されなければならない。同様に、個別的な実施形態の文脈で本明細書に記述されている特定の特徴は、単一実施形態で組み合わせて具現されることもできる。反対に、単一実施形態の文脈で記述した多様な特徴も個別的にあるいは如何なる適切な下位組み合わせでも複数の実施形態で具現可能である。さらに、特徴が特定の組み合わせで動作し、初期にそのように請求されたように描写されることができるが、請求された組み合わせからの一つ以上の特徴は一部の場合にその組み合わせから排除されることができ、その請求された組み合わせは下位組み合わせや下位組み合わせの変形物に変更されることができる。

また、本明細書では特定の手順で図面に動作を描写しているが、これは、望ましい結果を得るために図示されたその特定の手順や順序通りにそのような動作を行うべきであるとか、全ての図示された動作が行われなければならないと理解されてはならない。特定の場合、マルチタスキングと並列プロセッシングが有利であり得る。また、上述の実施形態の多様なシステムコンポーネントの分離は、かかる分離をあらゆる実施形態で要求することと理解されてはならず、説明したプログラムコンポーネントとシステムは一般的に単一のソフトウェア製品として共に統合されるか多重ソフトウェア製品にパッケージされることができるという点を理解しなければならない。

このように、本明細書は、その提示された具体的な用語に本発明を制限しようとする意図ではない。従って、上述の例を参照して本発明を詳しく説明したが、当業者であれば本発明の範囲を逸脱しない範囲で本例に対する改造、変更及び変形を加えることができる。本発明の範囲は、上記詳細な説明よりは後述の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲そしてその等価概念から導き出される全ての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれることと解釈されなければならない。

Claims (12)

1. 少なくとも一つの光源から放射される光信号が少なくとも一つのピクセルを含むイメージセンサに入力される場合、各ピクセルに入力される光信号の光強度値に対応して上記各ピクセルから出力される出力値を確認する出力確認部、
   上記各ピクセルの出力値と既に設定された統計特性基準領域を利用して上記各ピクセルの性能を分析する性能分析部、及び、
   上記各ピクセルの性能を分析した結果に基づいて、上記光源及び上記イメージセンサのうち少なくとも一つに対する設定値を変更する設定変更部、を含むことを特徴とする乱数生成器の性能管理装置。
2. 上記性能分析部は、
   上記光源がオン（ｏｎ）状態のとき、上記各ピクセルの全体又は一部出力値が上記統計特性基準領域に含まれる場合、上記各ピクセルの性能が安定していると判断して第１性能分析結果信号を生成し、
   上記各ピクセルの全体又は一部出力値が上記統計特性基準領域に含まれない場合、上記各ピクセルの性能が安定していないと判断して第２性能分析結果信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の乱数生成器の性能管理装置。
3. 上記設定変更部は、
   上記第２性能分析結果信号が生成される場合、上記各ピクセルの性能安定化のために上記光源の光量又は光強度制御に係る第１設定値を変更することを特徴とする請求項２に記載の乱数生成器の性能管理装置。
4. 上記設定変更部は、
   上記第２性能分析結果信号が生成される場合、上記各ピクセルの性能安定化のために上記イメージセンサ内の上記各ピクセルの駆動制御に係る第２設定値を変更することを特徴とする請求項２に記載の乱数生成器の性能管理装置。
5. 上記設定変更部は、
   上記第２性能分析結果信号が生成される場合、上記各ピクセルに入力される光信号の光強度値の均一度が既に設定された均一度判断基準範囲に含まれなければ、上記イメージセンサのＲＯＩ（ｒａｎｇｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）制御に係る第３設定値を変更することを特徴とする請求項２に記載の乱数生成器の性能管理装置。
6. 上記性能分析部は、
   上記光源がオフ（ｏｆｆ）状態のとき、上記各ピクセルの全体又は一部出力値が既に設定されたノイズ判断基準値よりも大きい値である場合、上記各ピクセルの電気的ノイズが基準以上であると判断し、
   上記設定変更部は、
   上記電気的ノイズに係る第４設定値を変更することを特徴とする請求項１に記載の乱数生成器の性能管理装置。
7. 上記統計特性基準領域は、
   ポアソン分布（Ｐｏｉｓｓｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）に従う上記各ピクセルに特定時間累積された光強度値の変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）幅が有し得る範囲のうち既に設定された変動幅区分基準値以上に該当する範囲に決定されることを特徴とする請求項１に記載の乱数生成器の性能管理装置。
8. 上記設定値の変更以後、上記各ピクセルから出力される出力値の品質をモニタリングするモニタリング部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の乱数生成器の性能管理装置。
9. 少なくとも一つの光源から放射される光信号が少なくとも一つのピクセルを含むイメージセンサに入力される場合、各ピクセルに入力される光信号の光強度値に対応して上記各ピクセルから出力される出力値を確認する出力確認段階、
   上記各ピクセルの出力値と既に設定された統計特性基準領域を利用して上記各ピクセルの性能を分析する性能分析段階、及び、
   上記各ピクセルの性能を分析した結果に基づいて、上記光源及び上記イメージセンサのうち少なくとも一つに対する設定値を変更する設定変更段階、を含むことを特徴とする乱数生成器の性能管理装置の動作方法。
10. 上記設定変更段階は、
    上記光源がオン（ｏｎ）状態の場合、上記各ピクセルの全体又は一部出力値が上記統計特性基準領域に含まれなければ、上記光源の光量又は光強度制御に係る第１設定値を変更する段階、
    上記イメージセンサ内の上記各ピクセルの駆動制御に係る第２設定値を変更する段階、及び、
    上記イメージセンサのＲＯＩ（ｒａｎｇｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）制御に係る第３設定値を変更する段階、のうち少なくとも一つを行う段階を含むことを特徴とする請求項９に記載の乱数生成器の性能管理装置の動作方法。
11. 上記統計特性基準領域は、
    ポアソン分布（Ｐｏｉｓｓｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）に従う上記各ピクセルに特定時間累積された光強度値の変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）幅が有し得る範囲のうち既に設定された変動幅区分基準値以上に該当する範囲に決定されることを特徴とする請求項９に記載の乱数生成器の性能管理装置の動作方法。
12. 上記設定値の変更以後、上記各ピクセルから出力される出力値の品質をモニタリングするモニタリング段階をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の乱数生成器の性能管理装置の動作方法。