JP6606659B2 - 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、および電子機器 - Google Patents
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Description
CMOSイメージセンサは、デジタルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、医療用内視鏡、パーソナルコンピュータ(PC)、携帯電話等の携帯端末装置(モバイル機器)等の各種電子機器の一部として広く適用されている。
また、各画素には、フォトダイオードの蓄積期間にフォトダイオードから溢れるオーバーフロー電荷を排出するためのオーバーフローゲート(オーバーフロートランジスタ)が設けられてもよい。
そして、制御信号(アドレス信号またはセレクト信号)が選択トランジスタのゲートに与えられ、選択トランジスタがオンする。
選択トランジスタがオンすると、ソースフォロワトランジスタはフローティングディフュージョンFDの電位を増幅してその電位に応じた電圧を垂直信号線に出力する。垂直信号線を通じて、各画素から出力された電圧は、画素信号読み出し回路としての列並列処理部に出力される。
列並列処理において画像データはたとえばアナログ信号からデジタル信号に変換されて、後段の信号処理部に転送され、ここで所定の画像信号処理を受けて所望の画像が得られる。
しかし、現状の固体撮像装置は、撮像した画像データが個人の秘密にかかわるデータである場合であっても、簡単に再生することができることから、画像の無断使用や改ざん、ねつ造等が容易に行われてしまうという不利益がある。
固有鍵を使用した暗号化により一様の秘密性を確保することが可能であるが、現状では固有鍵の耐タンパ性(解析の困難さ)を確保することは困難である。
本実施形態において、固体撮像装置10は、たとえばCMOSイメージセンサにより構成される。
これらの構成要素のうち、たとえば垂直走査回路30、読み出し回路40、およびタイミング制御回路60により画素信号の読み出し部90が構成される。
そして、このフォトダイオードPDに対して、転送トランジスタTRG−Tr、リセットトランジスタRST−Tr、ソースフォロワトランジスタSF−Tr、および選択トランジスタSEL−Trをそれぞれ一つずつ有する。
以下、信号電荷は電子であり、各トランジスタがn型トランジスタである場合について説明するが、信号電荷がホールであったり、各トランジスタがp型トランジスタであっても構わない。
また、本実施形態は、複数のフォトダイオード間で、各トランジスタを共有している場合や、選択トランジスタを有していない3トランジスタ(3Tr)画素を採用している場合にも有効である。
転送トランジスタTRG−Trは、制御線TRGがハイレベル(H)の期間に選択されて導通状態となり、フォトダイオードPDで光電変換された電子をフローティングディフュージョンFDに転送する。
なお、リセットトランジスタRST−Trは、電源線VDDとフローティングディフュージョンFDの間に接続され、制御線RSTを通じて制御されるように構成してもよい。
リセットトランジスタRST−Trは、制御線RSTがHレベルの期間に選択されて導通状態となり、フローティングディフュージョンFDを電源線VRst(またはVDD)の電位にリセットする。
ソースフォロワトランジスタSF−TrのゲートにはフローティングディフュージョンFDが接続され、選択トランジスタSEL−Trは制御線SELを通じて制御される。
選択トランジスタSEL−Trは、制御線SELがHの期間に選択されて導通状態となる。これにより、ソースフォロワトランジスタSF−TrはフローティングディフュージョンFDの電位に応じた列出力アナログ信号VSLを垂直信号線LSGNに出力する。
これらの動作は、たとえば転送トランジスタTRG−Tr、リセットトランジスタRST−Tr、および選択トランジスタSEL−Trの各ゲートが行単位で接続されていることから、1行分の各画素について同時並列的に行われる。
図1においては、各制御線SEL、RST、TRGを1本の行走査制御線として表している。
また、垂直走査回路30は、アドレス信号に従い、信号の読み出しを行うリード行と、フォトダイオードPDに蓄積された電荷をリセットするシャッター行の行アドレスの行選択信号を出力する。
あるいは、読み出し回路40は、たとえば図3(B)に示すように、画素部20の各列出力アナログ信号VSLを増幅するアンプ(AMP)42が配置されてもよい。
また、読み出し回路40は、たとえば図3(C)に示すように、画素部20の各列出力アナログ信号VSLをサンプル、ホールドするサンプルホールド(S/H)回路43が配置されてもよい。
また、読み出し回路40は、画素部20の各列から出力される画素信号に対して所定の処理が施された信号を記憶するカラムメモリとしてのSRAMが配置されてもよい。
ただし、本実施形態における信号処理回路70においては、画像の無断使用や改ざん、ねつ造等が行われてしまうことを防止するために、固体撮像装置10の固有のばらつき情報(画素、読み出し回路のばらつき情報)から固有鍵を生成し、固有鍵と固体撮像装置10から得られる取得データを組み合わせて識別データを生成し、この識別データを画像データに一体化して出力し、固有鍵に関する情報を認識していない場合には識別データを正しく作成できないように構成されている。
これにより、本実施形態の固体撮像装置10は、固有鍵の耐タンパ性(解析の困難さ)を確保することが可能で、ひいては画像の改ざん、ねつ造を防止することが可能となっている。
図5は、図4の暗号化処理系の処理を模式的に示す図である。
なお、図4の例では情報取得部81と鍵生成部82が別の機能ブロックとして構成されているが、情報取得部81と鍵生成部82を一つの機能ブロックとして構成することも可能である。
まず、画素PXLのばらつき情報PFLCについて説明する。
本実施形態においては、画素PXLのばらつき情報PFLCとして、基本的に、リーク電流と位置情報を用いる。
ここで、リーク電流を採用した理由について述べる。
固体撮像装置10は、出荷前に極力この白キズを減らす努力がはらわれるが、また抑えきれない白キズは後段の画像処理で回りの画素デ−タから白キズ画素を補完し画像出力している。
この白キズは画素アレイのどこに出現するかは作製してみなければわからず、しかも再現性がある。そのため個体固有の情報と見なせる。
そこで、本実施形態では、画素PXLのばらつき情報PFLCとして、リーク電流と位置情報を用い固有鍵KYを生成する。たとえば図6に示すように、白キズの発生場所(発生位置)と個数を固有情報として固有鍵KYを生成することが可能である。
本実施形態においては、この情報を固有鍵として、セキュリティ分野で用いられるPUF(Physically Unclonable Function;物理複製困難関数)技術を応用して暗号化処理を行う。
1画素あたりの情報量Hは次式で与えられる。
ここで、P0 : 白キズの出る確率、P1 : 白キズが出ない確率1 - P0
図8は、9つの要素の場合の出力と情報量について説明するための図である。
図9は、16の要素の場合の偏った出力と情報量について説明するための図である。
もしノイズにより、エラー訂正に5bit必要であるとすると、図8(B)に示すように、有効な鍵情報は4bit分となり、鍵としては4bit分の情報として出力する。
16(4×4)の要素の場合、図9に示すように、各要素に1の出る確率が1/16で、1要素のどこかに必ず1が出るサンプル群の場合、これは全部で16通りしかなく、4bitの情報しかない。
100万画素中に100ppm存在する白キズの情報もこれと同じ考え方で、各画素が1/0均等な出現確率なら100万bitであるが、1,400bit程度の情報量となる。
これだけの情報量であれば、鍵としては有効活用可能である。
図6の例の場合、リーク電流Ileakがしきい値VTH1より大きいときに、白キズであると判別できる。
また、情報取得部81は、しきい値が複数設定されてもよく(図6の例ではVH1、VTH2)、複数のしきい値VTH1、VTH2との関連で情報を区別することも可能である。
なお、しきい値VTHを温度等の環境に応じて変化させることも可能である。
また、情報取得部81は、画素のばらつき情報PFLCとして、リーク電流順の上位の画素の集合を採用することができる。
また、情報取得部81は、画素のばらつき情報PFLCとして、集合の列方向および行方向アドレスを採用することができる。
情報取得部81は、画素のリーク電流IleakとしてフォトダイオードPDのリーク電流を採用することができる。
図10(A)が通常動作モードMDU時の動作波形を、図10(B)が鍵作成モードMDKの動作波形を、図10(C)がばらつき情報を二値化した鍵パターンイメージを示し、図10(D)が出力信号と画素数としきい値VTHとの関係を示している。
なお、前述したように、本実施形態において、固体撮像装置10は、通常動作モードMDUと鍵作成モードMDKで動作可能に構成されている。
また、シャッターを閉じた状態で信号を読み出す。
この場合、露光されないため、フォトダイオードPDに生じるリーク電流のみが固有の鍵パターンとして出力される。
この固有の鍵パターンは、図10(D)に示すように、重金属汚染等により極大値をもつため、再現性が高い。
図11は、画素のばらつき情報PFLCとして、画素部20の有効画素以外の無効画素領域の情報を採用することを説明するための図である。
また、無効画素領域(OB;Optical Black領域)22は、図11(B)に示すように、遮光膜23により遮光されている。
本実施形態においては、OB画素領域22の画素等、有効画素以外の画素領域の白キズや暗電流の情報を採用して鍵とすることで、鍵の検出を困難にすることが可能である(鍵検出には専用の読み出しタイミングを必要とする)。
フォトダイオード(PD)を形成する基板表面にはダングリングボンドなどの欠陥による表面準位が存在するため、熱エネルギーによって多くの電荷(暗電流)が発生し、正しい信号が読み出せなくなってしまう。埋め込みフォトダイオード(BPD)では、フォトダイオード(PD)の電荷蓄積部を基板内に埋め込むことで、暗電流の信号への混入を低減する。
埋め込みフォトダイオードBPDは、有効画素領域21においては、表面側から第1導電型のp+層201、第2導電型のn+層202が形成されている。
本実施形態においては、OB領域22において、図11(B)に示すように、フォトダイオードPD表面のp+層のpシールドを除去し、暗電流・白キズ(=鍵、Key)が発生しやすくすることも可能である。
鍵とする白キズ等のディフェクト(defect、欠陥)の個数について考察すると、たとえば白キズの場合、後発白キズ(後から増える白キズ)や消滅する白キズがある。
後発キズ対策としては、一定数の白キズをチップ内の座標指定で鍵として指定する。
消滅白キズ対策としては、白キズは必要な最低の白キズ個数よりあらかじめ多くのキズを鍵として設定する。
後発傷対策としては、特定の出力レンジに収まる傷を鍵として使用する。
情報取得部81は、画素のリーク電流IleakとしてフローティングディフュージョンFDのリーク電流を採用することができる。
図12(A)が画素PXLの読み出し系の回路図を、図12(B)が通常動作モードMDU時の動作波形を、図12(C)が鍵作成モードMDKの動作波形を、図12(D)がばらつき情報を二値化した鍵パターンイメージを示し、図12(E)が出力信号と画素数としきい値VTHとの関係を示している。
図12(A)の画素PXLの読み出し系においては、垂直信号線LSGNと電源との間にダイオード接続されたNMOSトランジスタNT1およびダミーの選択トランジスタNT2が接続されている。
読み出しスキャン時には、最初に制御線RSTによりフローティングディフュージョンFDをリセットし、次に制御線TRGによりフォトダイオードPDに蓄積された電子を読み出す。
読み出しスキャン時には、最初に信号SEL_DMYによりトランジスタNT2をオンさせてダミー画素から垂直信号線LSGNに固定電圧を出力する。
次に、選択行を読み出すことで、フローティングディフュージョンFDに蓄積されたリーク電流を読み出すことができる。
フローティングディフュージョンFDは蓄積容量に対してリーク電流が大きいため、数10〜1000msと短時間で大きな信号電圧を得ることができる。
この場合、シャッターは不要である。
情報取得部81は、画素のばらつき情報としてソースフォロワトランジスタSFのしきい値Vthのばらつき情報を採用することができる。
図13(A)が画素PXLの読み出し系の回路図を、図13(B)が通常動作モードMDU時の動作波形を、図13(C)が鍵作成モードMDKの動作波形を、図13(D)がばらつき情報を二値化した鍵パターンイメージを示し、図13(E)が出力信号と画素数としきい値VTHとの関係を示している。
図13(A)の画素PXLの読み出し系においては、垂直信号線LSGNに後段回路としてCDS回路44がスイッチSW0の一端子を介して接続されている。スイッチSW0の他端子は基準電圧Vrefの供給ラインに接続されている。
これらの信号の差分を読み出すことで、各画素PXLのリセット電圧Vrstのばらつきを取り出すことができる。
本例では、このばらつき分布を鍵として用いる。
上記ばらつきは100mV程度なので、アンプ等で増幅しても良い。
本実施形態では、図14に示すように、白キズ等のサンプリング領域SMAを任意に指定可能である。
全ての画素PXLから、たとえば白キズで鍵を生成する場合、鍵の攻撃者(Atacker)から判りやすくなるため、図14に示すように、外部から判らないように、白キズ・暗電流・縦筋等のサンプリングする領域SMAを指定する。
また、サンプリングする領域SMAをダイナミックに変化させることにより(図14の例ではサンプリング領域SMAからSMA2にダイナミックに切り替え)さらに鍵が分かりにくくすることが可能となる。
図15に示すように、サンプリングする順番を通常の読み出し順ORD1とは異なる鍵生成用の特殊な読み出し順ORD2に変えることにより、鍵を分かりにくくすることが可能となる。
以上、画素PXLのばらつき情報PFLCについて説明した。
次に、読み出し回路40の構成回路のばらつき情報CFLCについて説明する。
情報取得部81は、読み出し回路40の構成回路のばらつき情報CFLCとして、ADCのばらつき情報を採用することができる。
図16(A)が画素PXLの読み出し系の回路図を、図16(B)が通常動作モードMDU時の動作波形を、図16(C)が鍵作成モードMDKの動作波形を、図16(D)がばらつき情報を平均化し二値化した鍵パターンイメージを示し、図16(E)が出力信号と列数(画素数)としきい値VTHとの関係を示している。
図16(A)の画素PXLの読み出し系においては、垂直信号線LSGNにADC41を構成する比較器(コンパレータ)411およびインバータ412が縦続接続されている。
また、比較器411の入出力間にスイッチSW1が接続され、比較器411の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)間にスイッチSW2が接続され、インバータ412の入出力間にスイッチSW3が接続されている。
比較器411のオフセット電圧をオートゼロ動作ADAZ(スイッチSW1オン)によって除去し、列バラツキを低減する。
比較器411のリセットレベルと信号レベルをデジタル変換し、差分を取り出すことで、比較器411での遅延をキャンセルする。
AZ動作をリセット動作(SW2オン、SW1オフ)に変更し、比較器411のオフセット電圧を出力し、比較器411のリセットレベルをAD変換しないことで、比較器411遅延を出力する。
情報取得部81は、読み出し回路40の構成回路のばらつき情報CFLCとして、アンプ(AMP、増幅器)のばらつき情報を採用することができる。
図17(A)が画素PXLの読み出し系の回路図を、図17(B)が通常動作モードMDU時の動作波形を、図17(C)が鍵作成モードMDKの動作波形を、図17(D)がばらつき情報を平均化し二値化した鍵パターンイメージを示し、図17(E)が出力信号と画素数(列数)としきい値VTHとの関係を示している。
図17(A)の画素PXLの読み出し系においては、垂直信号線LSGNにアンプ42の列アンプ421およびS/H回路43が縦続接続されている。
また、列アンプ421の入出力間にスイッチSW11が接続され、列アンプ421の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)間にスイッチSW12が接続されている。
S/H回路43は、S/H容量C21,C22、スイッチS1,T1,S2,T2,T1X、およびアンプ431を含んで構成されている。
列アンプ421のリセットレベルと信号レベルをデジタル変換し、差分を取り出すことで、インジェクションノイズ等をキャンセルする。
AZ動作をリセット動作(SW12オン、SW11オフ)に変更し、列アンプ421のオフセット電圧を出力し、スイッチT1をオフし、スイッチT1Xをオンして用いることで、列アンプ421のオフセットを出力する。
情報取得部81は、読み出し回路40の構成回路のばらつき情報CFLCとして、S/H回路のばらつき情報を採用することができる。
図18(A)が画素PXLの読み出し系の回路図を、図18(B)が通常動作モードMDU時の動作波形を、図18(C)が鍵作成モードMDKの動作波形を、図18(D)がばらつき情報を平均化し二値化した鍵パターンイメージを示し、図18(E)が出力信号と列数(画素数)としきい値VTHとの関係を示している。
理解を容易にするために、図18において図17と同一構成部分は同一符号をもって表す。
図18(A)の画素PXLの読み出し系においては、垂直信号線LSGNにアンプ42の列アンプ421およびS/H回路43が縦続接続されている。
また、列アンプ421の入出力間にスイッチSW11が接続されている。
S/H回路43は、S/H容量C21,C22、スイッチS1,T1,S2,T2、SW21,SW22、およびアンプ431を含んで構成されている。
その後、画素または前段アンプから入力されるリセット電圧と信号電圧をそれぞれスイッチS1とS2で取り込み、スイッチT1とT2で後段に出力し、差分を検出する。
AMPAZは、ハイレベルにセットすることにより、アンプ421の出力を基準電圧Vrefに固定することで、スイッチS1およびS2からのオフリーク電流がキャパシタC21およびC22に蓄積される。
読み出し時には、スイッチT1およびスイッチSW21(SHRSTによりオン)によりキャパシタC21をリセットする。一方、キャパシタC22はリセットせずに蓄積されたオフリーク電圧をスイッチT2により出力する。
これらの差分から、スイッチS2のオフリークを出力する。
この判定方法においては所望の判定精度を確保することが可能であるが、図19に示すような方法を採用することにより、さらに判定精度を向上させることが可能となる。
図19(A)はCSD処理を行った場合(CDSありの場合)のデータ分布の一例を示し、図19(B)はCSD処理を行わない場合(CDSなしの場合)のデータ分布の一例を示し、図19(C)は判定しきい値VTH付近のデータを除外する一例を示している。
そこで、本例では、図19(C)に示すように、環境変動に対するビット反転を防止するために、環境変動による分散の変動を考慮して、判定しきい値VTH付近のデータを除外して鍵を生成する。
換言すれば、情報取得部81は、判定しきい値VTH付近の環境変動により判定結果が変動する傾向にある領域FLAのデータを除外して、鍵を生成するためのばらつき情報を取得する。
情報取得部81は、読み出し回路40の構成回路のばらつき情報CFLCとして、カラムメモリのSRAMの出力(ばらつき)情報を採用することができる。
図21は、パワーオン時のSRAMの出力情報について説明するための図である。
カラムメモリ45のSRAMには、たとえばADCによるデータが保持され、データパス46に送信される。
そして、図21に示すSRAMは、PMOSトランジスタPT11のしきい値VTP11がPMOSトランジスタPT12のしきい値VTP12より低く設定されている。
この構成において、パワーオン時には、PMOSトランジスタPT11の方が、PMOSトランジスタPT12より早くオンする。
このSRAMの初期値が、鍵を生成するための、読み出し回路40の構成回路のばらつき情報CFLCとして採用可能である。
鍵生成部82(図4)は、情報取得部81により取得され供給される画素のばらつき情報および読み出し回路40のばらつき情報の少なくともいずれかを用いて固有鍵を生成する。鍵生成部82は、生成した固有鍵KYを識別データ生成部84に供給する。
鍵生成部82は、たとえば画素部20の有効画素の読み出し時以外の期間(たとえばブランキング期間)に固有鍵KYの生成を行う。
ファジー抽出器は、ある程度安定した入力に対して同じ出力を出すことを目的とする演算器である。
図22のファジー抽出器820は、図22(A)に示す初期鍵生成部821および図22(B)に示す鍵再生成部822を有する。
ハッシュ部8214において、入力データWに基づいて初期鍵KYIが生成される。この初期鍵KYIは識別データ生成部84に供給される。この初期鍵KYIは、たとえば出荷時の鍵データとしてメモリ86に書き込まれる。たとえば初期鍵データをチップ出荷時に、たとえばソフトウェアによって切断することができる電子フューズ(efuse)などのメモリに書き込み、鍵データの再現性を保証するように構成することも可能である。
XOR8213においては、入力データWと暗号化データCとの排他的論理和がとられ、これにより、ヘルパーデータSHD(WxorC)が生成される。
このヘルパーデータSHD(WxorC)は、鍵データとは違って秘匿の必要はなく、メモリ86に格納される。メモリ86に格納されたヘルパーデータSHDは、鍵再生成部822における鍵再生成のベースデータとして用いられる。
なお、復号部(DEC)8222および暗号化部(ENC)8223は誤り訂正部として機能する。
XOR8221においては、入力データW’とヘルパーデータWxorCとの排他的論理和がとられ、データC’として復号部8222に供給される。
復号部8222においては、データC’に対する復号処理が行われて、復号データ/Rが生成され、復号データ/Rは暗号化部8223に供給される。
暗号化部8212により復号データ/Rが暗号化され、その暗号化データ/C{=(WxorC)xorW’}がXOR8224に供給される。
XOR8224においては、暗号化データ/CとヘルパーデータWxorCの排他的論理和がとられ、その結果がデータ/W{=(WxorC)xor/C}としてハッシュ部8225に入力される。
そして、ハッシュ部8225において、入力データ/W{=(WxorC)xor/C}に基づいて再生成鍵KYが生成される。この再生成鍵KYは識別データ生成部84に供給される。
もし、入力データW’のノイズが少なく、データC’が訂正可能である場合には、/C=Cとなり、/W=Wとなり鍵が再生成される。
たとえば、次のように構成することも可能である。
画像データ生成部83は、生成した画像データIMGを一体化部85に供給する。
ここで、取得データAQDは、少なくとも画素、日付、温度、GPS(Global Positioning System)に関するデータのうちの少なくともいずれかのデータである。
識別データ生成部84は、生成した識別データDSCDを一体化部85に供給する。
一体化部85は、たとえば図5に示すように、一体化データが、ヘッダHD、識別データDSCD、画像データIMGの順となるように一体化する。
また、一体化部85は、一体化する鍵情報を用いて画像に電子透かしを入れる機能を含むように構成してもよい。
この場合、露光されないため、フォトダイオードPDに生じるリーク電流のみが固有の鍵パターンとして出力される。
鍵生成部82においては、情報取得部81により取得され供給される画素のばらつき情報を用いて固有鍵KYが生成される。鍵生成部82では、生成した固有鍵KYが識別データ生成部84に供給される。
鍵生成部82においては、たとえば画素部20の有効画素の読み出し時以外の期間に固有鍵KYの生成が行われる。
識別データ生成部84においては、生成した識別データDSCDが一体化部85に供給される。
ただし、本実施形態においては、暗号化処理系80が、画像の無断使用や改ざん、ねつ造等が行われてしまうことを防止するために、固体撮像装置10の固有のばらつき情報(画素、読み出し回路のばらつき情報)から固有鍵KYを生成し、固有鍵KYと固体撮像装置10から得られる取得データAQDを組み合わせて識別データDSCDを生成し、この識別データDSCDを画像データIMGに一体化して出力し、固有鍵KYに関する情報を認識していない場合には識別データを正しく作成できないように構成されている。
これにより、本実施形態の固体撮像装置10は、固有鍵の耐タンパ性(解析の困難さ)を確保することが可能で、ひいては画像の改ざん、ねつ造を防止することが可能となっている。
図23は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の暗号化処理系の変形例を説明するための図である。
秘密鍵PRKYは、誰にも知られないように、アクセスが制限されたメモリ等に保管される。
公開鍵PBKYは、公開鍵サーバなどに登録して誰でもダウンロードできるように保管される。
秘密鍵PBKYと公開鍵PBKYは、互いに関係はあるが、公開鍵PBKYをいくら調べても秘密鍵PRKYがどうなっているかわからない。
そして、秘密鍵PRKYで暗号化した文書等はペアの公開鍵PBKYでないと元に戻せない。
逆に、公開鍵PBKYで暗号化することもできるが、秘密鍵PRKYでないと元にもどせない。
また、公開鍵PBKYで開錠して閲覧できて編集可能データとなるが、元に戻せない。この場合、証拠能力はないといえる。
図24は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の暗号化処理系の他の変形例を説明するための図である。
識別は前後の画像との差分より個体固有のばらつきであることを証明する。
さらに、電子機器100は、このCMOSイメージセンサ110の画素領域に入射光を導く(被写体像を結像する)光学系(レンズ等)120を有する。
電子機器100は、CMOSイメージセンサ110の出力信号を処理する信号処理回路(PRC)130を有する。
信号処理回路130で処理された画像信号は、液晶ディスプレイ等からなるモニタに動画として映し出し、あるいはプリンタに出力することも可能であり、またメモリカード等の記録媒体に直接記録する等、種々の態様が可能である。
そして、カメラの設置の要件に実装サイズ、接続可能ケーブル本数、ケーブル長さ、設置高さなどの制約がある用途に使われる、たとえば、監視用カメラ、医療用内視鏡用カメラなどの電子機器を実現することができる。
Claims (37)
- フォトダイオードを含む複数の画素が行列状に配列された画素部と、
前記画素部から画素信号の読み出しを行う読み出し部と、
前記画素のばらつき情報および前記読み出し部のばらつき情報の少なくともいずれかを用いて固有鍵を生成する鍵生成部と
を有し、
前記鍵生成部は、
前記画素のばらつき情報を用いて前記固有鍵を生成し、
前記画素のばらつき情報としてリーク電流と位置情報を用いる
固体撮像装置。 - 前記鍵生成部は、
一定以上のリーク電流を示す画素の位置情報を用いて前記固有鍵を生成する
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記鍵生成部は、
リーク電流順の上位の画素の集合を情報として前記固有鍵を生成する
請求項2記載の固体撮像装置。 - 前記鍵生成部は、
前記集合の列方向および行方向アドレスを用いて前記固有鍵を生成する
請求項3記載の固体撮像装置。 - 前記鍵生成部は、
前記画素のリーク電流として前記フォトダイオードのリーク電流を用いる
請求項1から4のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - 前記鍵生成部は、
前記画素部の有効画素以外の無効画素領域の情報を用いて前記固有鍵を生成する
請求項5記載の固体撮像装置。 - 前記無効画素領域において、フォトダイオード表面の第1導電型シールドが除去されている
請求項6記載の固体撮像装置。 - 前記フォトダイオードのリーク電流が変動する
請求項5から7のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - 前記画素は、
前記フォトダイオードに蓄積された電荷が転送されるフローティングディフュージョンを含み、
前記鍵生成部は、
前記画素のリーク電流として前記フローティングディフュージョンのリーク電流を用いる
請求項1から4のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - 前記画素は、
前記フォトダイオードに蓄積された電荷が転送されるフローティングディフュージョンの電位に応じた画素信号を出力するソースフォロワトランジスタを含み、
前記鍵生成部は、
前記画素のばらつき情報として前記ソースフォロワトランジスタのしきい値のばらつきを用いる
請求項1から4のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - フォトダイオードを含む複数の画素が行列状に配列された画素部と、
前記画素部から画素信号の読み出しを行う読み出し部と、
前記画素のばらつき情報および前記読み出し部のばらつき情報の少なくともいずれかを用いて固有鍵を生成する鍵生成部と、
前記画素のばらつき情報を取得する情報取得部と、を有し、
前記情報取得部は、
前記画素のばらつき情報を、しきい値に関連付けて取得する
固体撮像装置。 - 前記情報取得部は、
判定しきい値付近の環境変動により判定結果が変動する傾向にある領域のデータを除外して、鍵を生成するためのばらつき情報を取得する
請求項11記載の固体撮像装置。 - 前記情報取得部は、
前記しきい値が複数設定され、複数のしきい値との関連で情報を区別する
請求項11または12記載の固体撮像装置。 - 前記しきい値を環境に応じて変化させる
請求項11から13のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - 前記情報取得部は、
前記画素のばらつき情報を取得する画素領域を任意に指定可能である
請求項11から14のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - 前記情報取得部は、
指定する前記画素領域を、ダイナミックに変化させることが可能である
請求項15記載の固体撮像装置。 - 前記読み出し部は、
前記画素部から画素信号の読み出しを行う行読み出しの順をランダムに変更可能である
請求項11から16のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - 前記読み出し部は、
前記画素部の各列から出力される画素信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器(ADC)を有し、
前記鍵生成部は、
しきい値に関連付けた画素のばらつき情報および前記読み出し部の前記ADCのばらつき情報のうちの少なくとも一方を用いて前記固有鍵を生成する
請求項11から17のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - 前記読み出し部は、
前記画素部の各列から出力される画素信号を増幅するアンプ(増幅器)を有し、
前記鍵生成部は、
しきい値に関連付けた画素のばらつき情報および前記読み出し部の前記アンプのばらつき情報のうちの少なくとも一方を用いて前記固有鍵を生成する
請求項11から17のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - 前記読み出し部は、
前記画素部の各列から出力される画素信号をサンプル、ホールドするサンプルホールド(S/H)回路を有し、
前記鍵生成部は、
しきい値に関連付けた画素のばらつき情報および前記読み出し部の前記S/H回路のばらつき情報のうちの少なくとも一方を用いて前記固有鍵を生成する
請求項11から17のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - 前記読み出し部は、
前記画素部の各列から出力される画素信号に対して所定の処理が施された信号を記憶するカラムメモリとしてのSRAMを有し、
前記鍵生成部は、
しきい値に関連付けた画素のばらつき情報および前記読み出し部の前記カラムメモリのSRAMの出力のうちの少なくとも一方を用いて前記固有鍵を生成する
請求項11から17のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - 前記鍵生成部は、
前記読み出し部のアナログデジタル変換器(ADC)、アンプ、またはサンプルホールド(S/H)回路のばらつき情報を用いて前記固有鍵を生成する第1機能と、
前記読み出し部のカラムメモリのSRAMの出力を用いて前記固有鍵を生成する第2機能と、を含み、
前記第1機能により生成された前記固有鍵と、前記第2機能により生成された前記固有鍵とを演算することにより、固有鍵を生成する
請求項11から21のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - 前記鍵生成部は、
ファジー抽出器(Fuzzy Extractor)により鍵の生成を行う
請求項1から22のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - 前記鍵生成部は、
初期に鍵を生成して得られたヘルパーデータと前記画素のばらつき情報および前記読み出し部のばらつき情報の少なくともいずれかを用いて固有鍵を生成する
請求項23記載の固体撮像装置。 - 前記鍵生成部で生成された前記固有鍵と、当該固体撮像装置で取得した取得データとを組み合わせて識別データを生成する識別データ生成部を含む
請求項1から24のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - 前記取得データは、少なくとも画素、日付、温度、GPSに関するデータのうちの少なくともいずれかのデータである
請求項25記載の固体撮像装置。 - 前記識別データ生成部で生成された前記識別データと前記読み出し部による読み出しデータに基づく画像データを一体化して出力する一体化部を含む
請求項25または26記載の固体撮像装置。 - 前記識別データ生成部は、
前記固有鍵に関する情報を認識していない場合は、正しい識別データの作成が不可である
請求項27記載の固体撮像装置。 - 前記鍵生成部により生成された前記固有鍵に応じた秘密鍵および公開鍵が作成され、
前記秘密鍵で暗号化された画像データは、
閲覧可能であるが編集は不可能であり、
前記公開鍵で開錠して閲覧できて編集可能データとなるが、元に戻せない
請求項28記載の固体撮像装置。 - 前記一体化部は、
一体化する鍵情報を用いて階層的に画像部分にマスクをする機能を含む
請求項27から29のいずれか一に記載固体撮像装置。 - 前記一体化部は、
一体化する鍵情報を用いて画像に電子透かしを入れる機能を含む
請求項27から29のいずれか一に記記載の固体撮像装置。 - 前記固体撮像装置の各構成要素が同一パッケージ内に搭載されている
請求項1から31のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - チップ出荷時の鍵データがメモリに書き込まれている
請求項1から32のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - 前記鍵生成部は、
前記画素部の有効画素の読み出し時以外の期間に前記固有鍵の生成を行う
請求項1から33のいずれか一に記載の固体撮像装置。 - フォトダイオードを含む複数の画素が行列状に配列された画素部と、
前記画素部から画素信号の読み出しを行う読み出し部と、
を含む固体撮像装置の駆動方法であって、
前記画素のばらつき情報および前記読み出し部のばらつき情報の少なくともいずれかの情報を取得する情報取得ステップと、
前記情報取得ステップで取得したばらつき情報を用いて固有鍵を生成する鍵生成ステップと、を有し、
前記情報取得ステップにおいては、しきい値に関連付けた画素のばらつき情報を取得する
固体撮像装置の駆動方法。 - 前記鍵生成ステップでは、
前記画素部の有効画素の読み出し時以外の期間に前記固有鍵の生成を行う
請求項35記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 固体撮像装置と、
前記固体撮像装置に被写体像を結像する光学系と、を有し、
前記固体撮像装置は、
フォトダイオードを含む複数の画素が行列状に配列された画素部と、
前記画素部から画素信号の読み出しを行う読み出し部と、
前記画素のばらつき情報および前記読み出し部のばらつき情報の少なくともいずれかを用いて固有鍵を生成する鍵生成部と、
前記画素のばらつき情報を取得する情報取得部と、を含み、
前記情報取得部は、
前記画素のばらつき情報を、しきい値に関連付けて取得する
電子機器。
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