CN108337458A - 固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备。固体摄像装置具有：将包含光电二极管的多个像素以矩阵状排列的像素部；从像素部进行像素信号的读出的读出部；和将像素的偏差信息以及读出部的偏差信息中的至少任一者用作密钥生成用数据来生成固有密钥的密钥生成部，密钥生成部包含对密钥生成用数据进行强化固有密钥的解析的困难度即防篡改性的防篡改性强化处理的防篡改性强化处理部。由此，能生成隐匿性高的固有密钥，并且能谋求固有ID的重现性以及唯一性的提高，能确保固有密钥的高的防篡改性，进而能确实地防止图像的篡改、编造。

Description

固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备
关联申请的引用
本申请发明包含关于日本专利申请JP20177381(2017年1月19日向 日本专利局申请)的主题，将其全部内容援引于此。
技术领域
本发明涉及固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备。
背景技术
作为利用检测光来产生电荷的光电变换元件的固体摄像装置(图像传 感器)，有CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属 氧化物半导体)图像传感器以供实用
CMOS图像传感器作为数字摄像机、视频摄像机、监视摄像机、医疗 用内窥镜、个人计算机(PC)、便携电话等便携终端装置(移动设备)等 各种电子设备的一部分而被广泛运用。
CMOS图像传感器按每个像素具备具有光电二极管(光电变换元件) 以及浮动扩散层(FD：Floating Diffusion)的FD放大器，其读出主流是 列并列输出型，选择像素阵列中的某一行，将它们同时向列(column)方 向读出。
CMOS图像传感器的各像素基本例如相对于1个光电二极管包含作为 转送元件的转送晶体管、作为复位元件的复位晶体管、作为源极跟随器元 件(放大元件)的源极跟随器晶体管以及作为选择元件的选择晶体管这4 个元件来作为有源元件。
另外，可以在各像素设置用于在光电二极管的积蓄期间将从光电二极 管溢出的溢出电荷排出的溢出栅极(溢出晶体管)。
转送晶体管在光电二极管的电荷积蓄期间保持在非导通状态，在将光 电二极管的积蓄电荷转送给浮动扩散FD的转送期间，在栅极施加驱动信 号，从而保持在导通状态，将由光电二极管进行了光电变换的电荷转送给 浮动扩散FD。
复位晶体管在其栅极赋予复位信号，从而将浮动扩散FD的电位复位 到电源线的电位。
在浮动扩散FD连接源极跟随器晶体管的栅极。源极跟随器晶体管经 由选择晶体管与垂直信号线连接，构成像素部外的负载电路的恒电流源和 源极跟随器。
并且，控制信号(地址信号或选择信号)被提供给选择晶体管的栅极， 选择晶体管接通。
若选择晶体管接通，则源极跟随器晶体管就将浮动扩散FD的电位放 大，并将与其电位相应的电压输出到垂直信号线。通过垂直信号线而从各 像素输出的电压被输出到作为像素信号读出电路的列并列处理部。
在列并列处理中，图像数据例如从模拟信号变换成数字信号，并转送 到后级的信号处理部，在这里接受给定的图像信号处理从而得到所期望的 图像。
如上述那样，在CMOS图像传感器中，将利用微弱的光通过光电变换 产生的电子以微小电容变换成电压，进而使用微小面积的源极跟随器晶体 管进行输出。因此，需要将电容被复位时产生的噪声、晶体管的元件偏差 等微小的噪声除去，输出每个像素的复位电平与亮度电平(信号电平)的 差分。
如此，在CMOS图像传感器中，通过输出每个像素的复位电平与亮度 电平的差分，能除去复位噪声和阈值偏差，能检测数个电子的信号。检测 该差分的动作被称作相关双采样(CDS：Correlated Double Sampling)， 是广泛使用的技术。对配置成阵列状的全部像素依次进行CDS读出，输 出1帧份的通常的图像数据。
然而，在上述的固体摄像装置(图像传感器)中，基本上，各种电子 设备的保有者或被许可使用的使用者都能简单地再生摄像的图像数据来 观察该图像。
但是，现状的固体摄像装置在摄像的图像数据是涉及到个人的秘密的 数据的情况下也能简单地再生，所以有容易进行图像的擅自使用、篡改、 编造等不利。
虽然通过使用固有密钥的加密能确保同样的秘密性，但在现状下难以 确保固有密钥的防篡改性(解析的困难度)。
发明内容
因此，为了解决这些课题，提出能确保固有密钥的防篡改性、进而能 防止图像的篡改、编造的固体摄像装置(图像传感器)(参考专利文献1)。
在该专利文献1中记载了对CMOS图像传感器的每个芯片的所谓指纹 信息进行提取的方法。
专利文献1记载的固体摄像装置(图像传感器)基本具有：将包含光 电二极管的多个像素排列成矩阵状的像素部；从像素部进行像素信号的读 出的读出部；和使用作为指纹信息的像素的偏差信息以及读出部的偏差信 息中的至少任一者来生成固有密钥的密钥生成部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2016/167076
但是，在专利文献1记载的固体摄像装置中，在从指纹信息作成固有 密钥的方法中还留有课题。
第1，若入手与密钥生成用相关强的数据，就会通过使用纠错而出现 能再生密钥的可能性，不能保持密钥的隐匿性。
即，在专利文献1记载的固体摄像装置中，在生成隐匿性高的固有密 钥方面存在课题。
第2，在专利文献1记载的固体摄像装置中，在固有ID的重现性以及 唯一性方面还有改善的余地。
具体地，关于针对噪声的重现性以及针对空间频率低的图案的唯一 性，还有改善的余地。
本发明提供固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备， 能生成隐匿性高的固有密钥，并且能谋求固有ID的重现性以及唯一性的 提高，能确保固有密钥的高防篡改性，进而能确实地防止图像的篡改、编 造。
用于解决课题的手段
本发明的第1观点的固体摄像装置具有：将包含光电二极管的多个像 素以矩阵状排列的像素部；从所述像素部进行像素信号的读出的读出部； 和将所述像素的偏差信息以及所述读出部的偏差信息中的至少任一者用 作密钥生成用数据来生成固有密钥的密钥生成部，所述密钥生成部包含对 所述密钥生成用数据进行强化固有密钥的解析的困难度即防篡改性的防 篡改性强化处理的防篡改性强化处理部。
在本发明的第2观点的固体摄像装置的驱动方法中，所述固体摄像装 置包含：将包含光电二极管的多个像素以矩阵状排列的像素部；和从所述 像素部进行像素信号的读出的读出部，所述固体摄像装置的驱动方法具 有：取得所述像素的偏差信息以及所述读出部的偏差信息中的至少任一个 信息的信息取得步骤；和将在所述信息取得步骤中取得的偏差信息用作密 钥生成用数据来生成固有密钥的密钥生成步骤，在所述密钥生成步骤中，对所述密钥生成用数据进行强化固有密钥的解析的困难度即防篡改性的 防篡改性强化处理。
本发明的第3观点的电子设备具有固体摄像装置和在所述固体摄像装 置成像被摄体像的光学***，所述固体摄像装置具有：将包含光电二极管 的多个像素以矩阵状排列的像素部；从所述像素部进行像素信号的读出的 读出部；和将所述像素的偏差信息以及所述读出部的偏差信息中的至少任 一者用作密钥生成用数据来生成固有密钥的密钥生成部，所述密钥生成部 包含对所述密钥生成用数据进行强化固有密钥的解析的困难度即防篡改 性的防篡改性强化处理的防篡改性强化处理部。
发明效果
根据本发明，能生成隐匿性高的固有密钥，并且能谋求固有ID的重 现性以及唯一性的提升，能确保固有密钥的高防篡改性，进而能确实地防 止图像的篡改、编造。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的固体摄像装置的构成例的 框图。
图2是表示本第1实施方式所涉及的像素的一例的电路图。
图3A～图3C是用于说明本发明的实施方式所涉及的固体摄像装置的 像素部的列输出的读出***的构成例的图。
图4是表示本第1实施方式所涉及的加密处理***的整体概要的框 图。
图5是示意表示图4的加密处理***的处理的图。
图6A以及图6B是用于说明作为像素的偏差信息而采用漏电流的理 由的图。
图7A以及图7B是表示关于每1像素的信息量的一例的图。
图8A以及图8B是用于说明9个要素的情况的输出和信息量的图。
图9是用于说明16个要素的情况的不平衡的输出和信息量的图。
图10A～图10D是表示作为像素的漏电流而采用光电二极管的漏电流 的情况的通常动作模式和密钥作成模式中的主要部分的动作波形等的图。
图11A以及图11B是用于说明作为像素的偏差信息而采用像素部的 有效像素以外的无效像素区域的信息的图。
图12是表示本第1实施方式所涉及的密钥生成部的主要部分的构成 例的框图。
图13A以及图13B是用于说明生成固有密钥的方法的课题的图。
图14是表示通过本第1实施方式所涉及的滤波器来生成固有密钥的 处理的流程的图。
图15A以及图15B是用于说明本第1实施方式所涉及的滤波器应具 有的特性的图。
图16A以及图16B是表示能应用在本实施方式所涉及的密钥生成部 的固有密钥输出部中的模糊提取器的构成例的图。
图17是表示本发明的第2实施方式所涉及的密钥生成部的主要部分 的构成例的框图。
图18是表示本第2实施方式所涉及的像素部以及按每列配置的列读 出电路的概要的图。
图19是表示本第2实施方式所涉及的固体摄像装置的通常动作模式 中的主要部分的动作波形的图。
图20是表示本第2实施方式所涉及的固体摄像装置的密钥作成模式 中的主要部分的动作波形的图。
图21是表示本第2实施方式所涉及的固体摄像装置的像素阵列整体 和列的像素特性偏差分布的图。
图22是表示在本第2实施方式所涉及的信号处理电路的密钥生成部 中进行的按每列固有的偏差分量除去的信号处理的概要的图。
图23是表示在本第2实施方式所涉及的信号处理电路的密钥生成部 中对FHD(1920×1080像素)的像素阵列进行的按每列固有的偏差分量除 去的信号处理的概要的图。
图24是表示在本第2实施方式所涉及的信号处理电路的密钥生成部 中进行的按每列固有的偏差分量除去的其他信号处理的概要的图。
图25是表示蒙特卡罗模拟结果的图。
图26A～图26C是表示在给定的环境取得的取得图像的图。
图27A以及图27B是表示按每列固有的偏差分量除去所带来的特性 的图。
图28是表示通常动作模式和密钥作成模式的各自暗时的输出分布的 图。
图29是表示应用本发明的实施方式所涉及的固体摄像装置的电子设 备的构成的一例的图。
具体实施方式
以下，与附图建立关联来说明本发明的实施方式。
(第1实施方式)
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的固体摄像装置的构成例的 框图。
在本实施方式中，固体摄像装置10例如由CMOS图像传感器构成。
该固体摄像装置10如图1所示那样，作为主构成要素而具有：作为 摄像部的像素部20；垂直扫描电路(行扫描电路)30；读出电路(列(column) 读出电路)40；水平扫描电路(列扫描电路)50；定时控制电路60；以及 信号处理电路70。
由这些构成要素当中的例如垂直扫描电路30、读出电路40、水平扫 描电路50以及定时控制电路60构成像素信号的读出部90。
在本实施方式中，固体摄像装置10构成为能在通常动作模式MDU和 密钥作成模式MDK下动作。
像素部20将包含光电二极管(光电变换元件)和像素内放大器的多 个像素排列成n行×m列的二维的矩阵状(matrix状)。
图2是表示本第1实施方式所涉及的像素的一例的电路图。
该像素PXL例如具有光电变换元件即光电二极管(PD)。
并且，相对于该光电二极管PD，分别各具有一个转送晶体管TG-Tr、 复位晶体管RST-Tr、源极跟随器晶体管SF-Tr以及选择晶体管SEL-Tr。
光电二极管PD产生、积蓄与入射光量相应的量的信号电荷(在此为 电子)。
以下，说明信号电荷是电子、各晶体管是n型晶体管的情况，但也可 以信号电荷是空穴、各晶体管是p型晶体管。
另外，本实施方式在多个光电二极管间共有各晶体管的情况、采用不 具有选择晶体管的3晶体管(3Tr)像素的情况下也有效。
转送晶体管TG-Tr连接在光电二极管PD与浮动扩散FD(Floating Diffusion；浮动扩散层)之间，通过控制信号TG被控制。
转送晶体管TG-Tr在控制信号TG被选择为高电平(H)的期间成为 导通状态，将由光电二极管PD进行了光电变换的电子转送到浮动扩散 FD。
复位晶体管RST-Tr连接在电源线VRst与浮动扩散FD之间，通过控 制信号RST被控制。
另外，复位晶体管RST-Tr也可以构成为连接在电源线VDD与浮动扩 散FD之间，通过控制信号RST被控制。
复位晶体管RST-Tr在控制信号RST被选择为高电平的期间成为导通 状态，将浮动扩散FD复位到电源线VRst(或VDD)的电位。
源极跟随器晶体管SF-Tr和选择晶体管SEL-Tr串联连接在电源线 VDD与垂直信号线LSGN之间。
在源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极连接浮动扩散FD，选择晶体管 SEL-Tr通过控制信号SEL被控制。
选择晶体管SEL-Tr在控制信号SEL被选择为H的期间成为导通状态。 由此，源极跟随器晶体管SF-Tr将与浮动扩散FD的电位相应的列输出模 拟信号VSL输出给垂直信号线LSGN。
这些动作例如在将转送晶体管TG-Tr、复位晶体管RST-Tr以及选择 晶体管SEL-Tr的各栅极以行为单位连接后，对1行份的各像素同时并列 地进行。
由于在像素部20配置n行×m列的像素PXL，因此各控制线LSEL、 LRST、LTG分别有n条，垂直信号线LSGN有m条。
在图1中，将各控制线LSEL、LRST、LTG表征为1条行扫描控制线。
垂直扫描电路30按照定时控制电路60的控制在快门行以及读出行通 过行扫描控制线进行像素的驱动。
另外，垂直扫描电路30按照地址信号输出进行信号的读出的读取行、 和将积蓄于光电二极管PD的电荷复位的快门行的行地址的行选择信号。
读出电路40也可以构成为包含对应于像素部20的各列输出而配置的 多个列(column)信号处理电路(未图示)，能在多个列信号处理电路进 行列并列处理。
读出电路40能包含相关双采样(CDS：Correlated Double Sampling) 电路、ADC(模拟数字转换器；AD变换器)、放大器(AMP)、采样保 持(S/H)电路等而构成。
如此，读出电路40例如可以如图3(A)所示那样，包含将像素部20 的各列输出模拟信号VSL变换成数字信号的ADC41而构成。
或者，读出电路40例如也可以如图3(B)所示那样，配置将像素部 20的各列输出模拟信号VSL放大的放大器(AMP)42。
另外，读出电路40例如也可以如图3(C)所示那样，配置对像素部 20的各列输出模拟信号VSL进行采用、保持的采样保持(S/H)电路43。
另外，读出电路40也可以配置作为列存储器的SRAM，该SRAM存 储对从像素部20的各列输出的像素信号实施给定的处理后得到的信号。
水平扫描电路50对在读出电路40的ADC等多个列信号处理电路处 理过的信号进行扫描并将其向水平方向转送，输出到信号处理电路70。
定时控制电路60生成像素部20、垂直扫描电路30、读出电路40、水 平扫描电路50等的信号处理所需的定时信号。
信号处理电路70通过对由读出电路40读出并实施了给定的处理的读 出信号进行给定的信号处理，来生成二维图像数据。
如上述那样，在固体摄像装置(CMOS图像传感器)中，将利用微弱 的光通过光电变换产生的电子以微小电容变换成电压，进而使用微小面积 的源极跟随器晶体管SF-Tr进行输出。因此，需要将电容被复位时产生的 噪声、晶体管的元件偏差等微小的噪声除去，输出每个像素的复位电平 (VRST)与亮度电平(信号电平：VSIG)的差分。
如此，在CMOS图像传感器中，通过输出每个像素的复位电平与亮度 电平的差分，能除去复位噪声和阈值偏差，检测数个电子的信号。检测该 差分的动作被称作CDS(相关双采样)，是广泛使用的技术，对配置为阵 列状的全部像素依次进行CDS读出，输出1帧份的通常的二维图像数据。
在本实施方式的固体摄像装置10中，用于生成该通常的二维图像数 据的动作构成为能在通常动作模式MDU下动作。
其中，在本实施方式的信号处理电路70中，为了防止图像的擅自使 用或篡改、编造等，根据固体摄像装置10的固有的偏差信息(像素、读 出电路的偏差信息)生成固有密钥，将固有密钥和从固体摄像装置10得 到的取得数据组合来生成识别数据，将该识别数据与图像数据一体化输 出，在未认识到与固有密钥有关的信息的情况下，就不能正确地作成识别 数据。
在本实施方式的固体摄像装置10中，与该固有密钥的生成有关的动 作构成为能在密钥作成模式MDK下动作。
在本实施方式的密钥作成模式MDK中，将不依赖于周边亮度的按每 芯片固有的像素偏差图案(偏差信息)作为固有ID输出。
如此，在本实施方式的密钥作成模式MDK中，仅输出每个像素的偏 差图案。由于不输出亮度电平，因此能输出不依赖于图像传感器的曝光条 件的图案图像。另外，在各像素的输出中包含FPN和按每帧随机变动的热 噪声，但由于密钥生成模式MDK中的FPN相对于热噪声大10倍以上， 因此能输出稳定的固定偏差图案。
在本实施方式的密钥作成模式MDK中，在固有密钥的生成时，将像 素的偏差信息以及读出部的偏差信息中的至少任一者用作密钥生成用数 据来生成固有密钥。并且，在本第1实施方式中，在固有密钥的生成时， 对密钥生成用数据进行强化固有密钥的解析的困难度即防篡改性的防篡 改性强化处理。
如后述那样，在本第1实施方式中，通过针对密钥生成用数据的非相 关化处理部中的非相关化处理，从与密钥生成用数据存在相关的侦听数据 (例如实施过CDS处理的图像数据)中取得相关变弱的非相关化数据， 使用取得的非相关化数据来生成固有密钥。
在本第1实施方式中，由非相关化处理部处理侦听数据而得到的数据 与非相关化数据是不相关的。
由此，本第1实施方式的固体摄像装置10能生成隐匿性高的固有密 钥，能确保固有密钥的高的防篡改性，进而能确实地防止图像的篡改、编 造。
以下，以进行固有密钥的生成、和包含固有密钥的识别数据与图像数 据的一体化的所谓的加密处理为中心来说明本实施方式的固体摄像装置 10的特征性构成、功能。
图4是表示本第1实施方式所涉及的加密处理***的整体概要的框 图。
图5是示意表示图4的加密处理***的处理的图。
图4的加密处理***80作为主构成要素而具有信息取得部81、密钥 生成部82、图像数据生成部83、识别数据生成部84、一体化部85以及存 储器86。
另外，在图4的示例中，信息取得部81和密钥生成部82构成为分开 的功能块，但也能将信息取得部81和密钥生成部82构成为一个功能块。
信息取得部81取得像素PXL的偏差信息PFLC以及读出电路40的构 成电路的偏差信息CFLC中的至少任一者，将取得的偏差信息提供给密钥 生成部82。
在此，作为一例而说明关于像素PXL的偏差信息PFLC的概略。
(关于像素PXL的偏差信息PFLC)
首先，说明像素PXL的偏差信息PFLC。
在本实施方式中，作为像素PXL的偏差信息PFLC而基本使用漏电流 和位置信息。
在此，叙述采用漏电流的理由。
图6A以及图6B是用于说明作为像素的偏差信息而采用漏电流的理 由的图。图6A表示像素漏电流的强度分布，图6B表示白缺陷的场所分 布的一例。
在固体摄像装置10的传感器像素中，如图6A所示那样，存在不能 100％抑制的漏电流。将其特别极端的存在(暗视野曝光下一瞬间发白)称 作白缺陷或白点。以下称作白缺陷。
固体摄像装置10在出厂前极力努力减少该白缺陷，尚未得到彻底抑 制的白缺陷在后级的图像处理中根据周围的像素数据对白缺陷像素进行 补充，从而进行图像输出。
该白缺陷会出现在像素阵列的何处，不尝试制作出来是不会知道的， 并且有重现性。因此，能视作个体固有的信息。
因此，在本实施方式中，作为像素PXL的偏差信息PFLC，使用漏电 流和位置信息来生成固有密钥KY。例如能如图6B所示那样，将白缺陷 的产生场所(产生位置)和个数作为固有信息来生成固有密钥KY。
在本实施方式中，将该信息作为固有密钥，应用安全领域中所用的 PUF(Physically Unclonable Function；物理不可克隆功能)技术来进行加 密处理。
图7A以及图7B是表示关于每1像素的信息量的一例的图。
每1像素的信息量H用下式给出。
H＝-P0·log2(P0)-P1·log2(P1)
在此，P0：出现白缺陷的概率，P1：不出现白缺陷的概率1-P0
例如，在100万像素(1E6)的情况下，白缺陷100ppm相当于100 个，作为信息量而如下那样。
1.47E-3×1E6＝1.47E3bit＝1470bit
顺带一提，密钥生成所需的必要条件(从安全侧出发)是每1像素的 白缺陷产生概率，如下那样给出。
100～3000ppm＝0.01％～0.3％
接下来，将图8A以及图8B、和图9建立关联来考察输出和信息量。
图8A以及图8B是用于说明9个要素的情况的输出和信息量的图。
图9是用于说明16个要素的情况的不平衡的输出和信息量的图。
在9个(3×3)要素的情况下，在如图8A所示那样在各要素中以1/2 的概率出现1或0的情况下，该输出能直接用作密钥，作为9bit份的密钥 信息是有效的。
若因噪声而在纠错中需要5bit，则如图8B所示那样，有效的密钥信 息成为4bit份，作为密钥而输出为4bit份的信息。
接下来，用16(4×4)的要素来说明不平衡的输出的情况。
在16(4×4)的要素的情况下，在如图9所示那样在各要素中出现1 的概率为1/16且在1要素的何处必定出现1的采样群的情况下，其全部仅 有16种，只有4bit的信息。
白缺陷的信息量也用与此相同的思路，在100万像素中的各像素中以 1/2的概率出现1或0的情况下的信息量为100万bit，在100万像素中存 在100ppm的白缺陷的信息量成为1400bit程度。
有这种程度的信息量的话，作为密钥就能有效利用。
取得像素的偏差信息PFLC的信息取得部81如图6A所示那样，将像 素的泄漏信息与阈值VTH建立关联来取得。
在图6A以及图6B的示例的情况下，在漏电流Ileak大于阈值VTH1 时，能判别为是白缺陷。
另外，信息取得部81可以设定多个阈值(图6A的示例中为VH1、 VTH2)，还能在与多个阈值VTH1、VTH2的关联下区别信息。
另外，还能使阈值VTH对应于温度等环境而变化。
另外，信息取得部81能采用表示一定以上的漏电流的像素的位置信 息作为像素的偏差信息PFLC。
另外，信息取得部81能采用漏电流顺序的上位的像素的集合作为像 素的偏差信息PFLC。
另外，信息取得部81能采用集合的列方向以及行方向地址作为像素 的偏差信息PFLC。
(光电二极管的漏电流)
信息取得部81例如能采用光电二极管PD的漏电流作为像素的漏电流 Ileak。
图10A～图10D是表示采用光电二极管PD的漏电流作为像素的漏电 流Ileak的情况下的通常动作模式和密钥作成模式中的主要部分的动作波 形等的图。
图10A表示通常动作模式MDU时的动作波形，图10B表示密钥作成 模式MDK的动作波形，图10C表示将偏差信息二值化的密钥图案图像， 图10D表示输出信号、像素数、和阈值VTH的关系。
另外，如前述那样，在本实施方式中，固体摄像装置10构成为能在 通常动作模式MDU和密钥作成模式MDK下动作。
在通常动作模式MDU下，如图10A所示那样，在关闭快门的状态下 将像素PXL复位，在快门开放中进行曝光。
另外，在关闭快门的状态下读出信号。
在密钥作成模式MDK下，如图10B所示那样，在闭合快门的状态下 将像素复位，在一定时间后读出像素信号。
在该情况下，由于未被曝光，因此仅输出在光电二极管PD产生的漏 电流作为固有的密钥图案。
该固有的密钥图案如图10D所示那样，由于会因重金属污染等而具有 极大值，因此重现性高。
另外，信息取得部81能采用像素部20的有效像素以外的无效像素区 域的光电二极管的信息作为像素的偏差信息PFLC。
图11A以及图11B是用于说明采用像素部20的有效像素以外的无效 像素区域的信息作为像素的偏差信息PFLC的图。
通常，像素部20如图11A所示那样包含有效像素区域21和有效像素 区域21的周边的无效像素区域(OB；Optical Black区域等)22而构成。
另外，无效像素区域(OB；Optical Black区域)22如图11B所示那 样被遮光膜23遮光。
在本实施方式中，通过采用OB像素区域22的像素等有效像素以外 的像素区域的白缺陷或暗电流的信息作为密钥，能使密钥的检测困难(在 密钥检测中需要专用的读出定时)。
另外，作为光电二极管(PD)而广泛使用埋入光电二极管(Buried Photo Diode；BPD)。
由于在形成光电二极管(PD)的基板表面存在悬挂键等缺陷引起的表 面能级，因此会因热能而产生大量的电荷(暗电流)，会读不出正确的信 号。在埋入光电二极管(BPD)中，通过将光电二极管(PD)的电荷积蓄 部埋入到基板内，减少了暗电流向信号的混入。
埋入光电二极管BPD在有效像素区域21中从表面侧起形成第1导电 型的p+层201、第2导电型的n+层202。
在本实施方式中，在OB区域22，还能如图11B所示那样，将光电二 极管PD表面的p+层的p屏蔽除去，使得易于产生暗电流、白缺陷(＝密 钥、Key)。
另外，在本实施方式中，光电二极管PD的漏电流变动，还能考虑该 变动来附加到密钥作成的信息中。
若对作为密钥的白缺陷等瑕疵(defect、缺陷)的个数进行考察，则 在例如白缺陷的情况下，有后发白缺陷(之后增加的白缺陷)和会消失的 白缺陷。
作为后发缺陷对策，将一定数目的白缺陷在芯片内的坐标指定下指定 为密钥。
作为消失白缺陷对策，白缺陷根据需要的最低的白缺陷个数预先将大 量的缺陷设定为密钥。
作为后发缺陷对策，使用收于特定的输出范围的缺陷作为密钥。
(密钥生成部82的构成)
密钥生成部82(图4、图5、图12)将由信息取得部81取得并提供 的像素的偏差信息以及读出电路40的偏差信息中的至少任一者用作密钥 生成用数据KYGD，来生成固有密钥。
密钥生成部82将生成的固有密钥KY提供到识别数据生成部84。
密钥生成部82例如在像素部20的有效像素的读出时以外的期间(例 如消隐期间)进行固有密钥KY的生成。
并且，本第1实施方式所涉及的密钥生成部82在生成固有密钥KY 时，对密钥生成用数据进行强化固有密钥的解析的困难度即防篡改性的防 篡改性强化处理。
图12是表示本第1实施方式所涉及的密钥生成部的主要部分的构成 例的框图。
在本实施方式的密钥作成模式MDK中，密钥生成部82在固有密钥的 生成时，将像素的偏差信息PFLC以及读出部的偏差信息CFLC中的至少 任一者用作密钥生成用数据KYGD来生成固有密钥。在图12中示出作为 一例而将像素的偏差信息用作密钥生成用数据KYGD的示例。
另外，在本实施方式的密钥作成模式MDK中，将不依赖于周边亮度 的按每芯片固有的像素偏差图案(偏差信息)作为固有ID而输出。
如此，在本实施方式的密钥作成模式MDK中，仅输出像素偏差图案。 由于不输出亮度电平，因此能输出不依赖于图像传感器的曝光条件的图案 图像。另外，在各像素的输出中包含FPN和按每帧随机变动的热噪声，但 由于密钥生成模式MDK中的FPN相对于热噪声大10倍以上，因此能输 出稳定的固定偏差图案。
并且，在本第1实施方式中包含防篡改性强化处理部82a，该篡改性 强化处理部82a在固有密钥的生成时，对密钥生成用数据KYGD进行强化 固有密钥的解析的困难度即防篡改性的防篡改性强化处理。
防篡改性强化处理部82a包含非相关化处理部82b，该非相关化处理 部82b通过针对密钥生成用数据KYGD的非相关化处理来从与密钥生成 用数据KYGD存在相关的侦听数据ITCD取得相关变弱的非相关化数据即 第1数据DT1。
在本第1实施方式中，由非相关化处理部82b对侦听数据ITCD进行 处理而得到的第2数据DT2与非相关化数据即第1数据DT1不相关。
在本第1实施方式中，密钥生成用数据KYGD与由读出部90读出的 像素信号相关联地生成，在挑选表示相关性的值(例如代码值)收于第1 范围RG1内的像素时，密钥生成用数据KYGD是与侦听数据ITCD不相 关的数据，在挑选第1范围RG1外的第2范围RG2的像素时，密钥生成 用数据KYGD是与侦听数据ITCD存在相关的数据。
并且，非相关化处理部82b包含滤波器FLT1，该滤波器FLT1仅挑选 密钥生成用数据KYGD当中表示相关性的值收于第1范围RG1的像素数 据，作为非相关化数据即第1数据DT1。
密钥生成部82具有固有密钥输出部82c，该固有密钥输出部82c对从 滤波器FLT1输出的非相关化数据即第1数据DT1实施纠错或散列(hash) 等信息处理来生成并输出最终的固有密钥。
通过具备具有以上的构成的密钥生成部82，本第1实施方式的固体摄 像装置10能生成隐匿性高的固有密钥，能确保固有密钥的高的防篡改性， 进而能确实地防止图像的篡改、编造。
在此，说明设置仅将密钥生成用数据KYGD当中表示相关性的值收 于第1范围RG1的像素数据挑选为非相关化数据即第1数据DT1的滤波 器FLT1的理由以及其特性的一例。
图13A以及图13B是用于说明生成固有密钥的方法的课题的图。
图14是表示通过本第1实施方式所涉及的滤波器来生成固有密钥的 处理的流程的图。
图15A以及图15B是用于说明本第1实施方式所涉及的滤波器应具 有的特性的图。
如图13A所示那样，作为生成固有密钥KY的方法，对例如未实施 CDS处理的图像数据即密钥生成用数据KYGD实施某信息处理，考察这 样的示例。
这时，若实施纠错/散列等信息处理，则如图13B所示那样，出现若 入手与密钥生成用数据KYGD相关强的数据即侦听数据ITCD就能简单再 生密钥的可能性。这就保持不了密钥的隐匿性。
因此，在本第1实施方式中，如图14所示那样，作为非相关化处理 部82b而设置具有某特性的滤波器FLT1，对该滤波器FLT1输入密钥生成 用数据，对得到的输出即作为非相关化数据的第1数据DT1，由固有密钥 输出部82c实施纠错/散列处理等信息处理，来生成固有密钥KY。
在该情况下，通过合适地选定滤波器的特性，即使入手侦听数据ITCD 也能防止密钥的复原。
对滤波器FLT1要具有的特性进行考察。
如图15B所示那样，将与密钥生成用数据KYGD存在相关的侦听数 据ITCD输入到滤波器FLT1而得到的第2数据DT2只要与将密钥生成用 数据KYGD输入到滤波器FLT1而得到的第1数据DT1不相关，就满足 滤波器的必要条件。
其理由在于，从第1数据DT1能正确再生密钥，且从第2数据DT2 不能将密钥复原。
如图15A以及图15B所示那样，将与密钥生成用数据KYGD存在相 关的侦听数据ITCD输入到滤波器FLT1而得到的第2数据DT2只要与第 1数据DT1不相关，就满足滤波器FLT1的必要条件。
但是，为了实现这样的滤波器，需要从实机评价等在事前获知密钥生 成用数据KYGD与侦听数据ITCD之间存在怎样的相关。
以下说明实现滤波器FLT1的具体的示例。
在此，以利用实机评价了解了密钥生成用数据KYGD与侦听数据 ITCD间的相关特性为前提。
首先，设为了解了密钥生成用数据KYGD与侦听数据ITCD间的相关 特性是如以下那样。
(1)在挑选密钥生成用数据KYGD的代码值为第1范围RG1的a～ b的像素时，与侦听数据ITCD的相关是“0.00”。
(2)在挑选密钥生成用数据KYGD的代码值为第1范围RG1的a～ b的范围外的第2范围RG2的像素时，与侦听数据ITCD的相关为“0.02”。
这时，作为滤波器1的实施例能举出以下示例。
将仅挑选密钥生成用数据KYGD当中代码值收于第1范围RG1的a～ b的像素数据的输出作为滤波器输出(第1数据DT1)。
另外，作为调查密钥生成用数据KYGD与侦听数据ITCD间的相关特 性时的参数，不仅有代码值，其他还能例示以下那样的参数：
A.空间频率(离散余弦变换后的分量)
B.特定的比特串(例如将连续3个以上的0或连续3个以上的1除外 等)
C.移动平均或FIR滤波器的系数等。
密钥生成部82为了加强密钥重现性而用模糊提取器(Fuzzy Extractor) 进行密钥的生成。
模糊提取器是以对某种程度稳定的输入给出相同输出为目的的运算 器。
图16A以及图16B是表示能应用在本实施方式所涉及的密钥生成部 的固有密钥输出部中的模糊提取器的构成例的图。
本例的模糊提取器820具有图16A所示的初始密钥生成部821以及图 16B所示的密钥重新生成部822。
初始密钥生成部821如图16A所示那样，包含环形振荡器(RNG)8211、 加密部(ENC)8212、异或电路(XOR)8213以及散列(Hash)部8214 而构成。
在初始密钥生成部821中，由信息取得部81取得的例如与白缺陷输 出相关联的像素的偏差信息作为输入数据W(例如第1数据DT1)被输入 到XOR8213以及散列部8214。
在散列部8214中，基于输入数据W生成初始密钥KYI。该初始密钥 KYI被提供到识别数据生成部84。该初始密钥KYI例如作为出厂时的密 钥数据被写入到存储器86。例如还能构成为将初始密钥数据在芯片出厂时 写入到例如能通过软件切断的电子保险丝(efuse)等存储器，保证密钥数 据的重现性。
另外，在初始密钥生成部821中，环形振荡器8211的振荡输出信号R 被加密部8212加密，该加密数据C被提供到XOR8213。
在XOR8213中，取输入数据W与加密数据C的异或，由此生成辅助 数据SHD(WxorC)。
该辅助数据SHD(WxorC)不同于密钥数据，不需要隐匿，存放于存 储器86。存放于存储器86的辅助数据SHD用作密钥重新生成部822中的 密钥重新生成的基础数据。
密钥重新生成部822如图16B所示那样，包含异或电路(XOR)8221、 解码部(DEC)8222、加密部(ENC)8223、异或电路(XOR)8224以 及散列(Hash)部8225而构成。
另外，解码部(DEC)8222以及加密部(ENC)8223作为纠错部起 作用。
在密钥重新生成部822中，包含由信息取得部81取得的与例如白缺 陷输出相关联的像素的偏差信息的输入数据W’(第1数据DT1)、和存 放于存储器86的辅助数据SHD(WxorC)被输入到XOR8221。辅助数据 SHD(WxorC)也输入到XOR8224。
在XOR8221中，取输入数据W’与辅助数据WxorC的异或，作为数 据C’提供给解码部8222。
在解码部8222中，进行针对数据C’的解码处理来生成解码数据/R， 解码数据/R被提供给加密部8223。
由加密部8223对解码数据/R进行加密，该加密数据/C{＝(WxorC) xorW’}被提供给XOR8224。
在XOR8224中，取加密数据/C与辅助数据WxorC的异或，该结果作 为数据/W{＝(WxorC)xor/C}被输入到散列部8225。
并且，在散列部8225中，基于输入数据/W{＝(WxorC)xor/C}生成 重新生成密钥KY。该重新生成密钥KY被提供给识别数据生成部84。
在输入数据W’的噪声少、数据C’能纠正的情况下，成为/C＝C，/W＝W， 将密钥重新生成。
另外，说明了上述的密钥生成部82基于像素或读出电路40的偏差信 息来生成固有密钥的示例，但还能构成为进行根据不同的偏差信息生成的 固有密钥彼此的运算来得到最终的固有密钥。
例如还能如下那样构成。
即，密钥生成部82例如构成为包含第1功能和第2功能，第1功能 使用读出电路40的ADC41、放大器(AMP)42、或S/H电路43的偏差 信息来生成第1固有密钥，第2功能使用读出电路40的列存储器45的 SRAM的输出来生成第2固有密钥，通过对用第1功能生成的第1固有密 钥和用第2功能生成的第2固有密钥进行运算，来生成最终的固有密钥。
关于像素的偏差信息也能同样应用该构成。
图像数据生成部83对在通常读出模式下通过读出电路40被读出、被 实施给定的处理的读出信号进行给定的信号处理，生成例如图5所示那样 的二维图像数据IMG。
图像数据生成部83将生成的图像数据IMG提供给一体化部85。
图像数据生成部83将从固体摄像装置10取得的取得数据AQD提供 给识别数据生成部84。
在此，取得数据AQD至少是像素、日期、温度、与GPS(Global Positioning System，全球定位***)相关的数据当中的至少任一个数据。
识别数据生成部84将由密钥生成部82生成的固有密钥KY和由本固 体摄像装置10取得的取得数据AQD组合来生成识别数据DSCD。
识别数据生成部84将生成的识别数据DSCD提供给一体化部85。
一体化部85如图5所示那样，将由识别数据生成部84生成的识别数 据DSCD和基于图像数据生成部83的读出数据的图像数据IMG一体化， 并作为传感器芯片的最终输出进行输出。
一体化部85例如如图5所示那样进行一体化，使得一体化数据成为 头部HD、识别数据DSCD、图像数据IMG的顺序。
如上述那样，在加密处理***80中，从固体摄像装置10的固有的偏 差信息(像素、读出电路的偏差信息)生成固有密钥KY，将固有密钥KY 和从固体摄像装置10得到的取得数据AQD组合来生成识别数据DSCD， 将该识别数据DSCD与图像数据IMG一体化并输出，因此在未认识到与 固有密钥有关的信息的情况下，不能作成正确的识别数据，在对图像进行 了改变等的情况下，很难了解并编造所进行的改变等。
另外，一体化部85也可以构成为包含使用进行一体化的密钥信息分 层地对图像部分进行掩蔽的功能。
另外，一体化部85也可以构成为包含使用进行一体化的密钥信息在 图像中放入电子水印的功能。
在具有上述构成的固体摄像装置10中，加密处理***80的密钥作成 模式时的动作概略如以下那样进行。在此，作为一例而说明与图10A～图 10D建立关联地进行了说明的作为像素的漏电流Ileak而采用光电二极管 PD的漏电流的情况的动作。
在密钥作成模式MDK中，如图10(B)所示那样，在关闭快门的状 态下将像素复位，在一定时间后读出像素信号。
在该情况下，由于未被曝光，因此仅输出在光电二极管PD产生的漏 电流作为固有的密钥图案。
该固有的信息作为偏差信息PFLC由信息取得部81取得，被提供给 密钥生成部82。
在密钥生成部82中，使用由信息取得部81取得并提供的像素的偏差 信息来生成固有密钥KY。
具体地，在密钥生成部82中，在固有密钥的生成时，由防篡改性强 化处理部82a对密钥生成用数据KYGD进行强化固有密钥的解析的困难度 即防篡改性的防篡改性强化处理。
在防篡改性强化处理部82a中，通过非相关化处理部82b中的针对密 钥生成用数据KYGD的非相关化处理，从与密钥生成用数据KYGD存在 相关的侦听数据ITCD取得相关变弱的非相关化数据即第1数据DT1。
在此，密钥生成用数据KYGD与由读出部90读出的像素信号相关联 地生成，在挑选表示相关性的值(例如代码值)为第1范围RG1内的像 素时，密钥生成用数据KYGD是与侦听数据ITCD不相关的数据，在挑选 第1范围RG1外的第2范围RG2的像素时，密钥生成用数据KYGD是与 侦听数据ITCD存在相关的数据。
并且，通过非相关化处理部82b的滤波器FLT1，仅挑选密钥生成用 数据KYGD当中表示相关性的值收于第1范围RG1的像素数据，作为非 相关化数据即第1数据DT1。
接下来，在固有密钥输出部82c中，对从滤波器FLT1输出的非相关 化数据即第1数据DT1实施纠错/散列等信息处理来生成并输出最终的固 有密钥。
并且，在密钥生成部82中，生成的固有密钥KY被提供给识别数据 生成部84。
另外，在密钥生成部82中，例如在像素部20的有效像素的读出时以 外的期间进行固有密钥KY的生成。
在识别数据生成部84中，将由密钥生成部82生成的固有密钥KY和 由固体摄像装置10取得的取得数据AQD组合来生成识别数据DSCD。
在识别数据生成部84中，生成的识别数据DSCD被提供给一体化部 85。
在一体化部85中，由识别数据生成部84生成的识别数据DSCD和基 于图像数据生成部83的读出数据的图像数据IMG被一体化，并作为传感 器芯片的最终输出被输出。
如以上说明的那样，在本第1实施方式中，信号处理电路70通过对 由读出电路40读出并实施了给定的处理的读出信号进行给定的信号处理 来生成二维图像数据。
其中，在本第1实施方式中构成为，加密处理***80为了防止进行 图像的擅自使用、篡改、编造等，从固体摄像装置10的固有的偏差信息 (像素、读出电路的偏差信息)生成固有密钥KY，将固有密钥KY和从 固体摄像装置10得到的取得数据AQD组合来生成识别数据DSCD，将该 识别数据DSCD与图像数据IMG一体化而输出，在未认识到与固有密钥 KY有关的信息的情况下不能正确地作成识别数据。
在本第1实施方式的密钥作成模式MDK中，将不依赖于每个像素的 周边亮度的、按每芯片固有的像素偏差图案(偏差信息)作为固有ID而 输出。
如此，在本第1实施方式的密钥作成模式MDK中，仅输出像素偏差 图案。由于不输出亮度电平，因此能输出不依赖于图像传感器的曝光条件 的图案图像。另外，在各像素的输出中包含FPN和按每帧随机变动的热噪 声，但由于密钥生成模式MDK中的FPN相对于热噪声大10倍以上，因 此能输出稳定的固定偏差图案。
在本第1实施方式的密钥作成模式MDK中，在固有密钥的生成时， 将像素的偏差信息以及读出部的偏差信息中的至少任一者用作密钥生成 用数据来生成固有密钥。
并且，在本第1实施方式中，在固有密钥的生成时，对密钥生成用数 据进行强化固有密钥的解析的困难度即防篡改性的防篡改性强化处理。
在本第1实施方式中，通过针对密钥生成用数据的非相关化处理部中 的非相关化处理，来从与密钥生成用数据存在相关的侦听数据取得相关变 弱的非相关化数据，使用取得的非相关化数据来生成固有密钥。
在本第1实施方式中，由非相关化处理部处理侦听数据而得到的数据 与非相关化数据不相关。
由此，本第1实施方式的固体摄像装置10能生成隐匿性高的固有密 钥，能确保固有密钥的高的防篡改性，进而能确实地防止图像的篡改、编 造。
另外，在本实施方式中，能采用固体摄像装置10的各构成要素搭载 在同一封装内的构成。
能采用如下构成：利用将固体摄像装置(CIS)10和ISP(Image Signal Processor，图像信号处理器)密封于同一封装的SiP(Silicon in Package， 硅封装)，将生成密钥以及识别数据的信号处理在封装内部完结，不对封 装外部输出固有密钥数据，能生成识别数据。
另外，能采用如下构成：在具备图像传感器和信号处理电路的SoC (System onChip，片上***)中，将生成密钥以及识别数据的信号处理 在芯片内部完结，不对芯片外部输出固有密钥数据，能生成识别数据。
另外，本实施方式的固体摄像装置10能如前述那样构成为：与通常 的读出驱动定时分开地具备用于长时间积蓄漏电流等的驱动定时。另外， 也可以缩小模拟放大器、数字放大器或ADC的满量程电压，强调漏电压 的积蓄电压来进行输出。另外，也可以通过将多行或多帧的数据平均化或 相加来降低随机噪声分量。
另外，在上述的实施方式中，作为信息取得部81所采用的像素的偏 差信息，以光电二极管PD的漏电流为一例进行了说明，但也能如以下所 示那样采用光电二极管PD的漏电流以外的漏电流和阈值电压等。
例如信息取得部81能采用浮动扩散FD的漏电流作为像素的漏电流 Ileak。
另外，信息取得部81能采用源极跟随器晶体管SF的阈值Vth的偏差 信息作为像素的偏差信息。
另外，关于读出电路40的构成电路的偏差信息CFLC，信息取得部 81能采用ADC的偏差信息，作为读出电路40的构成电路的偏差信息 CFLC。
另外，信息取得部81能采用放大器(AMP、放大器)的偏差信息， 作为读出电路40的构成电路的偏差信息CFLC。
另外，信息取得部81能采用S/H电路的偏差信息，作为读出电路40 的构成电路的偏差信息CFLC。
另外，信息取得部81能采用列存储器的SRAM的输出(偏差)信息， 作为读出电路40的构成电路的偏差信息CFLC。
(第2实施方式)
图17是表示本发明的第2实施方式所涉及的密钥生成部的主要部分 的构成例的框图。
本第2实施方式所涉及的密钥生成部82A与第1实施方式的密钥生成 部82的不同点在于防篡改性强化处理部的构成。
在本第2实施方式所涉及的密钥生成部82A的防篡改性强化处理部 82aA中，构成为取代配置进行非相关化处理的滤波器FLT1而进行用于提 高偏差信号的重现性以及唯一性的信号处理。
在本实施方式的密钥作成模式MDK中，仅输出每个像素的复位电平。 由于不输出亮度电平，因此能输出不依赖于图像传感器的曝光条件的图案 图像。另外，在各像素的输出中包含FPN和按每帧随机变动的热噪声，但 由于密钥生成模式MDK中的FPN相对于热噪声大10倍以上，因此能输 出稳定的固定偏差图案。
在配置于信号处理电路70的加密处理***80中，在从固定偏差图案 减少或除去随机噪声、空间上频率低的固定图案偏差后作成固有ID。随机 噪声使固有ID的重现性降低，空间上频率低的固定图案偏差使固有ID的 唯一性劣化。
因此，在本第2实施方式所涉及的密钥生成部82A中，采用分别通过 信号处理来谋求改善的构成。
在本第2实施方式中，在例如200万像素的图像传感器的情况下，在 1帧的偏差图案信号中包含约100万个SF晶体管偏差，能作成约50万bit 的I/0串。
图17的密钥生成部82A的防篡改性强化处理部82aA具有：平均化 处理部82d，其为了提高偏差信号的重现性而在密钥生成用数据KYGD的 垂直2像素间进行平均化处理；判定部82e，其为了改善偏差图案的唯一 性而在垂直的2像素间进行大小判定(减法运算等)来进行2值化；以及 数据压缩部82f，其压缩数据。
图18是表示本第2实施方式所涉及的像素部以及按每列配置的列读 出电路的概要的图。
图18的像素部20A具有像素共有结构，该像素共有结构由多个(本 例中为2个)光电变换元件即光电二极管PD1、PD22以及作为转送元件 的转送晶体管TG-Tr1、TG-Tr2共有一个浮动扩散FD、一个源极跟随器元 件的源极跟随器晶体管SF-Tr、一个作为复位元件的复位晶体管RST-Tr 以及一个作为选择元件的选择晶体管SEL-Tr。
即，第2实施方式所涉及的CMOS图像传感器的像素PXLA由光电 二极管PD1以及PD2、以转送时钟即控制信号TG1以及TG2驱动的转送 晶体管TG-Tr1、TG-Tr2、以复位时钟即控制信号RST驱动的复位晶体管 RST-Tr、源极跟随器(SF)晶体管SF-Tr、以选择时钟即控制信号SEL驱 动的选择晶体管SEL-Tr构成。
在此，2个光电二极管PD1、PD2共有复位晶体管RST-Tr、源极跟随 器(SF)晶体管SF-Tr、选择晶体管SEL-Tr。
这是对近年的微细的像素广泛使用的方式，通过在光电二极管PD间 共有各晶体管，能使光电二极管PD的面积相对于给定的素尺寸大，扩大 了能进行光电变换的区域，由此能提高针对入射光的检测灵敏度。
在选择晶体管SEL-Tr接通的像素中，电源电压Vdd的电源线VDD、 源极跟随器(SF)晶体管SF-Tr、电流源Id成为串联，构成源极跟随器电 路。
通过该源极跟随器电路，浮动扩散FD的电压经由读出电路40的 AMP42被输入到ADC41，被数字变换，经由由控制信号CLKH驱动的开 关SW41被输出到接口电路。
另外，削波电路44配置于像素阵列端，由削波时钟即控制信号CLIP 驱动的削波栅极CG以及二极管连接晶体管MO配置于像素阵列端，通过 限制像素输出电压振幅，从而为了稳定地动作而使用。
在此，将本第2实施方式所涉及的固体摄像装置10A的通常动作模式 MDU以及密钥作成模式MDK中的动作的概要与图19以及图20建立关 联来进行说明。
图19是表示本第2实施方式所涉及的固体摄像装置10A的通常动作 模式MDU下的主要部分的动作波形的图。
图20是表示本第2实施方式所涉及的固体摄像装置10A的密钥作成 模式MDK中的主要部分的动作波形的图。
(通常动作模式MDU中的动作)
在通常动作模式MDU中，如图19所示那样，第n行的控制信号SEL 过渡到高电平，进行行的选择。
接下来，在选择行的控制信号RST为高电平时，浮动扩散FD被复位， 复位电压VRST(Vrst)从源极跟随器经由垂直信号线LSGN输出，在时 刻t1保持在后级ADC41，被数字变换。
由光电二极管PD1进行光电变换并积蓄的电子在控制信号TG1为高 电平时通过转送晶体管TG-Tr1转送到浮动扩散FD，被变换成电压。利用 源极跟随器输出这时的信号电压VSIG(Vsig)，在时刻t2保持在后级的 ADC41，被数字变换。
关于光电二极管PD2也同样进行读出。
在此，源极跟随器电路的输入输出特性以下式表征。
【数学式1】
在此，Vgs、Vth、ΔVth、β、Id分别表示栅极-源极间电压、源极跟随 器(SF)晶体管SF-Tr的阈值(阈值)电压、基板偏置电压、与晶体管尺 寸成正比的系数、偏置电流。
由于它们因制造偏差而分别在每个晶体管中不同，因此像素输出电压 在每个像素出现偏差。
但是，通过以CDS处理取复位信号(复位电平)与亮度信号(信号 电平)的差分，能将这些偏差当中的偏移分量除去。CDS输出以下述的式 表征。
【数学式2】
V CDS＝VRST-Vgs，RST-(VSIG-Vgs，SIG) ≈A(VRST-VSIG) (2)
在此，A表示源极跟随器电路的增益。虽然残留有每个像素的增益偏 差，但由于成为复位电平VRST与亮度电平(信号电平)VSIG的差分、 即与亮度成正比的系数，因而还能检测暗时的微小的信号。
(密钥作成模式MDK的动作)
在密钥作成模式MDK中，通过省略上述CDS来输出每个像素的偏差。 在此，通过将削波像素输出作为基准电平来读出各像素，从而不变更 AMP42以后的电路动作就能输出偏差图案。
在密钥作成模式MDK下，如图20所示那样，最初使控制信号CLIP 过渡到高电平，选择削波电路44。由于削波电路44的源极跟随器(SF) 晶体管MO与电源电压Vdd的电源线VDD短路，因此电源电压Vdd经由 源极跟随器输出，在时刻t11保持在后级的ADC41，被数字变换。
接下来，第n行的控制信号SEL过渡到高电平，进行行的选择。
同样地，使选择行的控制信号RST和TG1也过渡到高电平，对光电 二极管PD1以及浮动扩散FD进行复位。这是为了防止高亮度时从光电二 极管PD1溢出到浮动扩散FD的电子被检测出。
在此，浮动扩散FD利用复位晶体管RST-Tr与电源电压Vdd的电源 线VDD短路，因此电源电压Vdd经由源极跟随器输出，在时刻t12保持 在后级的ADC41，被数字变换。
后级电路与通常动作模式MDU同样进行动作，输出削波信号与像素 复位信号的差分。
但是，在密钥作成模式MDK中，由于输出不相关的信号的差分，因 此称作差分双采样(DDS：Differential Double Sampling)。DDS输出用下 式表征。
【数学式3】
在此，Vgs0、Vth0、ΔVth0、β0分别表示削波电路44、源极跟随器(SF) 晶体管的栅极-源极间电压、SF晶体管的阈值、基板偏置电压、与晶体管 成正比的系数。
通过以上，能以削波电路44为基准仅输出像素的Vth、ΔVth以及β 偏差。通过对全部像素进行该动作，能提取200万像素等的元件特性的制 造偏差。
另一方面，Vth0、β0、Id分别是在各列中公共的削波电路44以及电 流源的分量，这些制造偏差成为按每列固有的偏差分量。
因此，DDS输出就成为按每列固有的偏差分量重叠于按每像素固有的 偏差后得到的信号。因该按每列固有的偏差分量，像素阵列中的偏差信号 图案的随机性会降低。
图21是表示本第2实施方式所涉及的固体摄像装置的像素阵列整体 和列的像素特性偏差分布的图。
例如，如图21所示那样，假定为第Xi列的削波电路44因制造偏差 而示出大于平均值的电压。
第X列的像素群的DDS输出表示以该列固有的偏差电压为中心值的 各像素的偏差分布(b)，X列内的大量的像素示出比像素阵列整体的偏 差分布(a)的中央值大的输出。
因此，在以相对于像素阵列整体的中央值的大小来对各像素的固定图 案进行1/0判定的情况下，X列内的大量的像素被判定为“1”，失去了固定 图案的多样性。
例如，在削波电路44的偏差相比像素偏差更处于支配地位的情况下， 由于即使是例如200万像素的像素阵列，也在全部的行重复相同的偏差图 案，因此由水平的像素数2000来决定偏差图案数。
因此，需要将该按每列固有的偏差分量除去，在本第2实施方式中， 在信号处理电路70的密钥生成部82A中进行将按每列固有的偏差分量除 去的信号处理。接下来，叙述该信号处理方法。
图22是表示在本第2实施方式所涉及的信号处理电路的密钥生成部 中进行的按每列固有的偏差分量除去的信号处理的概要的图。
图23是表示在本第2实施方式所涉及的信号处理电路的密钥生成部 中对FHD(1920×1080像素)的像素阵列进行的按每列固有的偏差分量除 去的信号处理的概要的图。
图24是表示在本第2实施方式所涉及的信号处理电路的密钥生成部 中进行的按每列固有的偏差分量除去的其他信号处理的概要的图。
(信号处理的概要)
如图22和图23所示那样，对像素阵列、例如FHD(1920×1080像素) 的像素阵列，各像素的DDS输出被变换成12bit的数字信号。
最初，由平均化处理部82d在共有源极跟随器(SF)晶体管SF-Tr的 读出方向的垂直2像素间进行平均化处理(ST1)。由于SF晶体管SF-Tr 以及削波电路44在垂直2像素间公共，因此偏差信号分量没有变化，但 能够将从各晶体管产生的噪声减低到能提高偏差信号的重现性。
其结果，阵列数据尺寸成为(1920×540像素)。
接下来，在判定部82e中，对平均处理后的(1920×540像素)的阵列 进一步在垂直的2像素间进行大小判定，进行2值化(ST2、ST3)。第i 列j行的像素与第i列(j+1)行的像素的DDS输出差分用下式表征。
【数学式4】
根据式(4)，虽然残留有按每列固有的偏置电流分量Id.i，但通过将 阈值电压、基板偏置电压的按每列固有的分量除去，能改善偏差图案的唯 一性。
另外，由于输出相邻的晶体管的参数的差分，因此还能除去制造时大 范围产生的偏差，由于局部的偏差成为支配地位，因此同样能改善偏差图 案的随机性。
以上的信号处理不保持全部像素阵列的数据，通过按每4行依次进行 处理，能以小的电路规模来实现。
另外，在步骤ST3的处理后，也可以如图17所示那样，在压缩部82f 进行压缩处理(ST4)。
在图22的示例中，也可以限制行数来将数据减少到128bit或256bit。
或者，也可以如图24的步骤ST5那样进行排序处理。
例如按照行中的绝对值从大到小的顺序进行排序，对上位的被决定的 比特以正负来判定1/0。由于使用偏差的差异大的像素，因此重现性得到 提高。
另外，还能构成为使用发黑对策像素(参照专利文献1)来输出源极 跟随器晶体管SF-Tr的偏移与发黑对策像素的虚设源极跟随器晶体管的偏 移差分。
合适地设定发黑对策像素的控制电压，使得不会发生输出代码粘贴。
由此，能改善密钥的唯一性。
另外，也可以对其他共有结构像素由同样的平均化处理部82d进行平 均化处理。例如对4像素共有结构，在共有源极跟随器晶体管SF-Tr的像 素间进行平均化处理。
对不进行像素共有的结构，也可以进行同样的信号处理。这时，省略 平均化处理部82d，进行判定部82e以后的处理。
另外，也可以构成为在进行了上述的第2实施方式所涉及的防篡改性 强化处理后，进行第1实施方式所涉及的非相关化处理(通过滤波器FLT1 的非相关化处理)。
由此，当然能谋求固有ID的重现性以及唯一性的提高，还能生成隐 匿性高的固有密钥，能确保固有密钥的高的防篡改性，进而能确实地防止 图像的篡改、编造。
(模拟结果)
在通常动作模式MDU和密钥作成模式MDK中分别实施电路模拟。 使用图18所示的列电路来进行蒙特卡罗模拟，计算各自的偏差。在此， 摄像模式设想暗时。
图25是表示蒙特卡罗模拟结果的图。
在通常动作模式MDU中，CDS输出的偏差为0.5LSB，可知能除去 每个像素的偏差分量。
另一方面，在密钥作成模式MDK中，DDS输出的偏差为50.9LSB， 可知能检测到每个像素的偏差分量。
另外，后级电路噪声的模拟结果是1.2LSB。因此，偏差信号的SN比 成为32.6dB，相对于随机噪声充分大，能期待固有ID的高的重现性。
(测定结果)
在此，简单说明测定结果的概要。
关于测定环境，使用200万像素的CMOS图像传感器，来将通常动作 模式MDU和密钥作成模式MDK的图像数据分别取入到个人计算机 (PC)。CMOS图像传感器以12bit输出、60fps动作。另外，CMOS图 像传感器安装在摄像机电路板，使用USB与PC连接。将图像传感器的驱 动定时控制寄存器从PC经由USB转送到摄像机电路板，对摄像模式以及 PUF模式的动作定时进行切换。图像传感器输出的图像数据也经由USB 取入到PC。
针对上述的本第2实施方式的特征性的信号处理，在PC上执行。
图26A～图26C是表示在给定的环境取得的取得图像的图。
图26A是通常动作模式MDU的图像输出。通过CDS动作除去噪声， 能拍摄对象。
图26B是在相同亮度环境下切换到明时的密钥作成模式MDK时的图 像输出。通过变更CMOS图像传感器的驱动定时，能仅取得偏差信号。
进而，图26C是将传感器电路板遮光的暗时的密钥作成模式MDK的 图像输出。可知能不依赖于周边亮度取得与图26B同样的偏差信号。
为了确认周边亮度给偏差信号的影响，分别取得100张图26B以及C 的图像，取各自的图像平均，减低随机噪声的影响。
接下来，分别对100张平均图像实施信号处理，变换成1/0的比特串。
对这2个比特串计算比特翻转率，确认到翻转率充分小到0.086％。
根据该结果能确认到，能取得不依赖于周边亮度的像素偏差图案。
图27A以及图27B是表示按每列固有的偏差分量的除去所带来的特 性的图。
图27A是将密钥作成模式MDK的图像的一部分进行放大以及强调的 图，可知在每个像素的偏差信号中重叠了每列的FPN分量。在此，相对于 各列的中央值计算了标准偏差的列FPN、以及相对于各像素的值计算了标 准偏差的像素偏差分别是35.9LSB、62.1LSB。
另一方面，图27B是对图27A所示的图像执行了图22～图24所示的 信号处理的图像。其结果，列FPN成为1.2LSB，像素偏差成为34.0LSB， 列FPN被除去96.7％。列FPN相对于像素偏差为1/28以下，能确认被充 分降低。
图28是表示通常动作模式和密钥作成模式各自的暗时的输出分布的 图。
在进行CDS的通常动作模式MDU中，标准偏差充分小到0.82LSB。 另一方面，在密钥作成模式MDK中，标准偏差充分大到62.1LSB，进而 示出正态分布，因此能确认到能提取随机的偏差。
以上说明的固体摄像装置10、10A能作为摄像器件应用在数字摄像机 或视频摄像机、便携终端、或者监视用摄像机、医疗用内窥镜用摄像机等 电子设备中。
图29是表示搭载应用了本发明的实施方式所涉及的固体摄像装置的 摄像机***的电子设备的构成的一例的图。
本电子设备100如图29所示那样，具有能应用本实施方式所涉及的 固体摄像装置10、10A的CMOS图像传感器(IMGSNS)110。
进而，电子设备100具有将入射光引导到该CMOS图像传感器110 的像素区域(成像被摄体像)的光学***(透镜等)120。
电子设备100具有对CMOS图像传感器110的输出信号进行处理的信 号处理电路(PRC)130。
信号处理电路130对CMOS图像传感器110的输出信号实施给定的信 号处理。
由信号处理电路130处理后的图像信号能是如下各种方式等：还能作 为动态图像在液晶显示器等所构成的监视器映出、或者输出到打印机，另 外直接记录在存储卡等记录介质中。
如上述那样，通过作为CMOS图像传感器110而搭载前述的固体摄像 装置10、10A，能提供高性能、小型、低成本的摄像机***。
并且，能实现使用于在摄像机的设置的必要条件中有安装尺寸、能连 接线缆条数、线缆长度、设置高度等制约的用途的、例如监视用摄像机、 医疗用内窥镜用摄像机等电子设备。

Claims (16)

1.一种固体摄像装置，包含：
像素部，将包含光电二极管的多个像素以矩阵状排列；
读出部，从所述像素部进行像素信号的读出；和
密钥生成部，将所述像素的偏差信息以及所述读出部的偏差信息中的至少任一者用作密钥生成用数据来生成固有密钥，
所述密钥生成部包含：
防篡改性强化处理部，对所述密钥生成用数据进行强化固有密钥的解析的困难度即防篡改性的防篡改性强化处理。
2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
所述密钥生成部的防篡改性强化处理部包含：
非相关化处理部，通过针对所述密钥生成用数据的非相关化处理，从与该密钥生成用数据存在相关的侦听数据取得相关变弱的非相关化数据，
使用取得的所述非相关化数据来生成固有密钥。
3.根据权利要求2所述的固体摄像装置，其中，
由所述非相关化处理部对所述侦听数据进行处理而得到的数据与所述非相关化数据不相关。
4.根据权利要求2所述的固体摄像装置，其中，
与由所述读出部读出的像素信号相关联地生成所述密钥生成用数据，在挑选表示相关性的值为第1范围内的像素时，所述密钥生成用数据是与侦听数据不相关的数据，在挑选所述第1范围外的第2范围的像素时，所述密钥生成用数据是与侦听数据存在相关的数据，
所述非相关化处理部包含：
滤波器，仅挑选所述密钥生成用数据当中表示相关性的值收于第1范围的像素数据作为所述非相关化数据。
5.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
所述密钥生成部的防篡改性强化处理部包含：
平均化处理部，在密钥生成用数据的多个像素间进行平均化处理。
6.根据权利要求5所述的固体摄像装置，其中，
所述密钥生成部的防篡改性强化处理部包含：
判定部，在通过所述平均化处理部接受了平均化处理的数据中，在相邻的2像素间进行大小判定并进行2值化。
7.根据权利要求6所述的固体摄像装置，其中，
所述密钥生成部的防篡改性强化处理部包含：
压缩部，对所述判定部的输出数据进行压缩。
8.根据权利要求6所述的固体摄像装置，其中，
所述密钥生成部的防篡改性强化处理部包含：
排序部，对所述判定部的输出数据进行排序。
9.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
所述密钥生成部使用漏电流和位置信息作为所述像素的偏差信息。
10.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
所述像素包含：
光电变换元件，在积蓄期间积蓄通过光电变换生成的电荷；
转送元件，能在转送期间转送积蓄于所述光电变换元件的电荷；
浮动扩散，通过所述转送元件转送由所述光电变换元件积蓄的电荷；
源极跟随器元件，将所述浮动扩散的电荷以与电荷量相应的增益变换成电压信号；和
复位元件，将所述浮动扩散复位成给定电位。
11.根据权利要求5所述的固体摄像装置，其中，
所述像素部具有由多个所述光电变换元件以及所述转送元件共有一个所述浮动扩散、一个所述源极跟随器元件以及一个复位元件的像素共有结构。
12.根据权利要求11所述的固体摄像装置，其中，
在像素阵列端配置限制像素输出电压振幅的削波电路。
13.一种固体摄像装置的驱动方法，所述固体摄像装置包含：
像素部，将包含光电二极管的多个像素以矩阵状排列；和
读出部，从所述像素部进行像素信号的读出，
所述固体摄像装置的驱动方法具有：
信息取得步骤，取得所述像素的偏差信息以及所述读出部的偏差信息中的至少任一个信息；和
密钥生成步骤，将在所述信息取得步骤取得的偏差信息用作密钥生成用数据来生成固有密钥，
在所述密钥生成步骤中，对所述密钥生成用数据进行强化固有密钥的解析的困难度即防篡改性的防篡改性强化处理。
14.根据权利要求13所述的固体摄像装置的驱动方法，其中，
在所述密钥生成步骤的防篡改性强化处理中，
通过针对所述密钥生成用数据的非相关化处理，从与该密钥生成用数据存在相关的侦听数据取得相关变弱的非相关化数据，
使用取得的所述非相关化数据来生成固有密钥。
15.根据权利要求13所述的固体摄像装置的驱动方法，其中，
在所述密钥生成步骤的防篡改性强化处理中，
在密钥生成用数据的读出方向上相邻的2像素间进行平均化处理，
在接受了平均化处理的数据中，在相邻的2像素间进行大小判定并进行2值化。
16.一种电子设备，具有：
固体摄像装置；和
光学***，在所述固体摄像装置成像被摄体像，
所述固体摄像装置包含：
像素部，将包含光电二极管的多个像素以矩阵状排列；
读出部，从所述像素部进行像素信号的读出；和
密钥生成部，将所述像素的偏差信息以及所述读出部的偏差信息中的至少任一者用作密钥生成用数据来生成固有密钥，
所述密钥生成部包含：
防篡改性强化处理部，对所述密钥生成用数据进行强化固有密钥的解析的困难度即防篡改性的防篡改性强化处理。
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