JP2015114370A - 被写体位置検出装置および被写体位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の合焦手段と併用可能で、被写体までの距離を算出でき、かつ、撮像装置の小型化が可能な被写体位置検出装置および被写体位置検出方法を提供すること。
【解決手段】被写体位置検出装置１００は、フォーカス位置が可変な撮像装置の撮像対象である被写体の位置を検出する。被写体位置検出装置１００は、パターンを被写体に向けて投影するパターン投影部１１０と、パターンが投影された被写体を撮像する撮像部１２０と、現在のフォーカス位置に設定した状態で撮像装置により複数の被写体位置についてパターンを撮像したときの複数の参照画像を算出する参照画像算出部１３０と、撮像部１２０によりパターンが投影された被写体を撮像した画像と、参照画像算出部１３０により算出された複数の参照画像とを比較することにより、被写体位置を算出する被写体位置算出部１４０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は被写体位置検出装置および被写体位置検出方法に関し、特に撮像装置における被写体位置検出装置および被写体位置検出方法に関する。

パターン光を被写体に投影し、パターン光が投影された被写体の画像を用いて合焦する撮像装置が知られている（特許文献１、２）。撮像装置の合焦手段としては、コントラスト検出方式と、位相差検出方式とが知られている。

コントラスト検出方式の合焦手段では、撮像素子に結像される被写体像のコントラストを検出し、フォーカスレンズを駆動しながら被写体像のコントラストが最も大きくなる位置を合焦位置とする。
位相差検出方式では、撮像レンズを通った光束をビームスプリッタで分割して、その光束を、光軸をずらした二つの結像レンズでラインセンサに結像する。そして、ラインセンサ上の２像のずれからピントのずれ量を計算し、そのピントのずれ量に応じてフォーカスレンズを駆動して合焦させる。

特許文献１に記載の撮像装置は、コントラスト検出方式および位相差検出方式の双方の合焦手段を搭載している。特許文献２に記載の撮像装置は、位相差検出方式の合焦手段を搭載している。

特開２００６−１７１１４７号公報 特開２０１２−０３２６０５号公報

特許文献１に記載されたコントラスト検出方式の合焦手段は、フォーカスレンズを駆動させながら撮像画像のコントラストを検出し、コントラストのピーク位置を合焦位置とする。しかし、コントラスト検出方式の合焦手段は被写体位置を検出できないので、コントラストのピーク位置を一度通過するまで合焦位置がわからない。よって、コントラスト検出方式では、フォーカスレンズを動かす目標位置が算出できず、フォーカスレンズをスキャンする必要があるため、合焦までに時間がかかるという問題がある。

また、特許文献１および２に記載された位相差検出方式の合焦手段は、光路を分割するためのビームスプリッタを用いており、ビームスプリッタにより分割された光束を２本に分けて受光するためのラインセンサと２つの結像レンズとを有する。よって、位相差検出方式では、部品点数が多くなるため撮像装置が大型化するという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためなされたものであり、既存の合焦手段と併用可能で、被写体までの距離を算出でき、かつ、撮像装置の小型化が可能な被写体位置検出装置および被写体位置検出方法を提供することを目的とする。

本発明の被写体位置検出装置は、
フォーカス位置が可変な撮像装置の撮像対象である被写体の位置を検出する被写体位置検出装置であって、
パターンを被写体に向けて投影するパターン投影部と、
前記パターンが投影された前記被写体を撮像する撮像部と、
現在のフォーカス位置に設定した状態で前記撮像装置により複数の被写体位置について前記パターンを撮像したときの複数の参照画像を算出する参照画像算出部と、
前記撮像部により前記パターンが投影された前記被写体を撮像した画像と、前記参照画像算出部により算出された複数の参照画像とを比較することにより、前記被写体位置を算出する被写体位置算出部と、を備える。
この構成により、複数の被写体位置について算出された参照画像と撮像画像とを比較して、最も撮像画像に近い参照画像を選択することができる。よって、既存の合焦手段と併用可能で、被写体までの距離を算出でき、かつ、撮像装置の小型化が可能な被写体位置検出装置を提供することができる。

本発明では、
前記参照画像算出部は、
複数のフォーカス位置について前記被写体位置が変化したときの、前記撮像装置の撮像レンズの点拡がり関数を記憶する光学情報記憶部をさらに備え、
当該光学情報記憶部より、現在のフォーカス位置で前記被写体を撮像するときの前記点拡がり関数を取得し、前記パターンに前記点拡がり関数の畳み込みを行うことにより参照画像を算出する
ことが好ましい。
この構成により、撮像レンズのぼけ具合を加味した参照画像を算出することができるので、より高精度に被写体位置を算出できる。

本発明では、
前記撮像部が、前記パターンが投影されていない前記被写体を撮像した画像と、前記パターンが投影された前記被写体を撮像した画像と、を撮像し、
前記被写体位置算出部が、前記パターンが投影された前記被写体を撮像した画像から、前記パターンが投影されていない前記被写体を撮像した画像を差し引くことにより生成されたパターン画像と、前記参照画像とを比較することにより前記被写体位置を算出する
ことが好ましい。
この構成により、被写体とパターンの両方が撮像された画像からパターンのみを抽出することができる。よって、撮像されたパターンと参照画像のパターンを比較することができるので、より高精度に被写体位置を算出できる。

本発明では、
前記参照画像算出部が、前記撮像装置からの距離が異なる複数の被写体位置について前記参照画像を生成し、
前記被写体位置算出部が、前記複数の被写体位置における前記参照画像と前記パターン画像との相違度を算出し、前記相違度に基づいて現在の被写体位置を算出する
ことが好ましい。
この構成により、パターン画像と参照画像との差を数値で表すことができるので、複数の参照画像についての差の比較が容易になり、高速かつ高精度な被写体位置の算出が可能となる。

本発明では、
前記被写体位置算出部が、
前記参照画像が生成された前記複数の被写体位置のうち、前記相違度が最も小さい前記参照画像の被写体位置を、現在の被写体位置とみなす
ことが好ましい。
この構成により、相違度の算出後すぐに被写体位置を決定することができるので、被写体位置算出の高速化が可能である。

本発明では、
前記被写体位置算出部が、
前記複数の被写体位置における前記相違度に対して関数フィッティングを行うことにより近似曲線を算出し、
前記近似曲線において前記相違度が最小となる位置を現在の被写体位置とする
ことが好ましい。
この構成により、画像同士の相違度を直接算出した被写体位置の間の位置についても、補間により相違度を算出することができるので、より高精度に被写体位置を算出できる。

本発明では、
前記被写体位置算出部が、
前記撮像部に撮像より撮像された撮像画像の明るさから前記被写体位置の範囲を限定する
ことが好ましい。
この構成により、撮像装置の被写体位置の前側と後側のぼけ方が似ている場合であっても、被写体位置を算出することができる。

本発明の撮像装置は、
上述の被写体位置検出装置と、
位相差検出方式およびコントラスト検出方式の合焦手段の少なくとも一方と、を備え、
前記被写体位置検出装置と前記合焦手段とを併用して合焦する。
この構成により、上述の被写体位置検出装置と他の合焦手段とを併用することができるので、合焦の高速化が可能となり、かつ、合焦できない場面を減らすことができる。

本発明の被写体位置検出方法では、
フォーカス位置が可変な撮像装置の撮像対象である被写体の位置を検出する被写体位置検出方法であって、
パターンを被写体に向けて投影し、
前記パターンが投影された前記被写体を撮像し、
現在のフォーカス位置に設定した状態で前記撮像装置により複数の被写体位置について前記パターンを撮像したときの複数の参照画像を算出し、
前記パターンが投影された前記被写体を撮像した画像と、前記参照画像算出部により算出された複数の参照画像とを比較することにより、前記被写体位置を算出する。
この構成により、既存の合焦手段と併用可能で、被写体までの距離を算出できる被写体位置検出方法を提供することができる。

本発明によれば、既存の合焦手段と併用可能で、被写体までの距離を算出でき、かつ、撮像装置の小型化が可能な被写体位置検出装置および被写体位置検出方法を提供できる。

実施の形態１にかかる被写体位置検出装置の構成を示す図である。 実施の形態１にかかる撮像装置の構成を示す図である。 実施の形態１にかかるパターン投影部の構成を示す図である。 実施の形態１にかかるパターン投影部が有するパターンの構成を示す図である。 実施の形態１にかかる被写体位置検出装置において、パターンが投影面に投影される様子を示す図である。 実施の形態１にかかる被写体位置検出装置において、パターンが投影される投影範囲と撮像装置の撮像範囲との関係を示す図である。 実施の形態１にかかる撮像装置における、被写体の位置とフォーカス位置との関係を示す図である。 実施の形態１にかかる撮像装置における、被写体の位置と撮像した画像の明るさとの関係を示す図である。 実施の形態１にかかる撮像装置における、被写体位置の前側と後側とでぼけ方が似ている場合の、被写体の位置とフォーカス位置との関係を示す図である。 実施の形態１にかかる被写体位置検出方法を示すフロー図である。 実施の形態１にかかる被写体位置検出装置における、参照画像算出の一例を示す図である。 実施の形態１にかかる被写体位置検出装置における、パターン画像と参照画像との相違度算出の一例を示す図である。 実施の形態１にかかる被写体位置検出装置における、被写体位置と相違度との関係の一例を示す図である。 実施の形態１にかかる被写体位置検出装置において、図１３よりも長い距離について相違度を算出した場合の被写体位置と相違度との関係の一例を示す図である。

［実施の形態１］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１および図２を用いて、本実施形態にかかる被写体位置検出装置１００の構成を説明する。図１は、被写体位置検出装置１００の構成を示す図である。図２は、被写体位置検出装置１００と同時に用いる撮像装置２００の構成を示す図である。

図１に示すように、被写体位置検出装置１００は、パターン投影部１１０と、撮像部１２０と、参照画像算出部１３０と、被写体位置算出部１４０と、を備える。被写体位置検出装置１００は、撮像装置２００の撮像対象である被写体の位置を検出する。被写体位置検出装置１００は、撮像装置２００と独立した別の装置であってもよいし、撮像装置２００に内蔵されていて、撮像装置２００と一部の構成を共有していてもよい。

撮像装置２００は、フォーカス位置が可変な撮像装置である。図２に示すように、撮像装置２００は、撮像レンズ２１０と、撮像素子２２０と、補助光発光部２３０と、制御部２４０と、を備える。撮像装置２００は、コントラスト検出方式や位相差検出方式の合焦手段を備えている。

撮像レンズ２１０は、複数のレンズを組み合わせたレンズ系であり、被写体の像を撮像素子２２０に結像する。撮像レンズ２１０は、フォーカスレンズを駆動することにより、フォーカス位置を変えることができる。これにより被写体の距離が変わっても、撮像素子２２０上に鮮明な像を結像させることができる。撮像レンズ２１０は、絞りを開閉することにより、レンズ系のＦナンバーを変えることができる。撮像レンズ２１０は、焦点距離が可変なズームレンズであってもよく、その場合は各レンズの間隔を変えることにより、レンズ系全体の焦点距離を変更することができる。

撮像素子２２０は、撮像レンズ２１０が結像した像を電気信号へと変換する。撮像素子２２０により変換された電気信号は、撮像素子コントローラにより制御部２４０へと送られる。撮像装置２００の撮像レンズ２１０および撮像素子２２０を、被写体位置検出装置１００の撮像部１２０として用いてもよい。
補助光発光部２３０は、撮像装置が撮像する際に補助光を発光する。補助光発光部２３０を、被写体位置検出装置１００のパターン投影部１１０として用いてもよい。

制御部２４０は、撮像レンズ２１０と、撮像素子２２０と、補助光発光部２３０の動作を制御する。制御部２４０は、フォーカス制御手段２４１と、絞り制御手段２４２と、補助光制御手段２４３と、光学情報取得部２４４と、ピント演算手段２４５と、を有する。フォーカス制御手段２４１は、フォーカスレンズのモータに命令を送ってフォーカスレンズの位置を制御する。絞り制御手段２４２は、絞りのモータに命令を送って絞りの径を制御する。補助光制御手段２４３は、補助光の発光または非発光を制御する。光学情報取得部２４４は、撮像レンズ２１０の現在の焦点距離とＦナンバーを取得する。ピント演算手段２４５は、撮像レンズ２１０のピント位置を算出し、フォーカスレンズの移動量を算出する。ピント演算手段２４５を、被写体位置検出装置１００の参照画像算出部１３０および被写体位置算出部１４０として用いてもよい。

被写体位置検出装置１００の構成について詳細に説明する。
パターン投影部１１０は、パターンを被写体に向けて投影する。図３は、パターン投影部１１０の構成を示す図である。パターン投影部１１０は、光源１１１と、集光レンズ１１２と、マスク１１３と、投影レンズ１１４と、を有する。
光源１１１は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を用いる。集光レンズ１１２は、正の屈折力を有するレンズである。マスク１１３は、集光レンズ１１２を通過して入射した光の一部を遮ることにより、光の明暗パターンを形成する部材である。

マスク１１３上には、図４に示すように、光透過部１１５と不透過部１１６とが交互に配列されたパターンが形成されている。図４のパターンは、縦ラインのみのパターンとしたが、横ライン、斜めライン、格子状、同心円状であってもよい。図５は、パターンが投影面に投影される様子を示す図である。本実施形態では円形の開口を有するレンズを用いているので、投影されるパターンは円形になる。投影レンズ１１４は、正の屈折力を有するレンズであり、マスク１１３の像を拡大して投影する。投影レンズ１１４は、１枚の正レンズでもよいし、複数のレンズを組み合わせたレンズ系でもよい。

撮像部１２０は、撮像装置２００の撮像対象である被写体を撮像する。撮像部１２０は、撮像レンズと、固体撮像素子と、を有する。撮像レンズは、被写体の像を固体撮像素子に結像する。固体撮像素子は、撮像レンズにより結像された像を電気信号に変換する。固体撮像素子としては、例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサが用いられる。撮像部１２０は、パターンが投影されていない被写体を撮像した画像と、パターンが投影された被写体を撮像した画像と、を撮像する。

図６〜図９を用いて、撮像部１２０により撮像される撮像画像について説明する。
図６は、パターンが投影される投影範囲と撮像装置２００の撮像範囲との関係を示す図である。図６では、パターン投影部１１０の光軸と撮像部１２０の光軸とが平行になるように両者が配置されている。図６に示すように、投影範囲が撮像範囲に占める割合は、位置Ｂと位置Ｃとで同じである。つまり、パターン投影部１１０から投影面までの距離が変わっても、投影範囲が撮像範囲に占める割合は一定である。

図７は、撮像装置２００における、被写体位置およびフォーカス位置と撮像画像のぼけとの関係を示す図である。図７では、被写体が位置Ｄにあるときに、フォーカス位置を位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄと変えて画像を撮像している。フォーカス位置が位置Ｄのときが、被写体にピントが合った状態である。フォーカス位置と被写体位置が一致しているときに、一番鮮明な画像が得られる。フォーカス位置が位置Ｂおよび位置Ｃのときは、被写体よりも手前にピントが合った状態である。位置Ｃよりも位置Ｂの方がピントのずれ量が大きいため、位置Ｃでの撮像画像よりも位置Ｂでの撮像画像の方が、ボケが大きい。

図８は、被写体の位置と撮像した画像の明るさとの関係を示す図である。図８では、位置Ｂ〜位置Ｄに被写体が位置するときに撮像される画像の例を示している。フォーカス位置は、被写体位置と一致している。投影部が投影する光の光量は、投影部から離れるほど小さくなる。よって、最も投影部に近い位置Ｂにある被写体を撮影したときが最も撮像画像が明るくなり、最も投影部から通い位置Ｄにある被写体を撮影したときが最も撮像画像が暗くなる。よって、画像の明るさから被写体位置の遠近をある程度判定できる。

図９は、被写体位置の前側と後側とでぼけ方が似ている撮像装置２００における、被写体の位置とフォーカス位置との関係を示す図である。図９では、位置Ｃでの撮像画像と位置Ｅでの撮像画像のぼけ方は似ている。被写体位置の前側と後側とでぼけ方が似ている撮像装置２００においては、撮像画像のぼけ量から算出できるのは、被写体位置から現在のフォーカス位置までのずれ量の絶対値であり、現在のフォーカス位置が被写体の前側にあるのか後側にあるのかまでは判定することができない。

しかし、位置Ｃと位置Ｅとではパターン投影部１１０からの距離が異なり、位置Ｃでの撮像画像と位置Ｅでの撮像画像の明るさは異なる。位置Ｅの方が位置Ｃよりもパターン投影部１１０から離れているため、位置Ｅでの撮像画像の方が位置Ｃでの撮像画像よりも暗くなっている。このように、似たようなぼけ方の２つの撮像画像の明るさを比較することにより、どちらがパターン投影部１１０の近くに位置しているかを判定することができ、近い方を被写体の前側、遠い方を被写体の後ろ側と判定できる。

参照画像算出部１３０は、現在のフォーカス位置に設定した状態で撮像装置２００により複数の被写体位置についてパターンを撮像したときの複数の参照画像を算出する。参照画像算出部１３０は、光学情報記憶部１３１を有する。光学情報記憶部１３１は、複数のフォーカス位置について被写体位置が変化したときの、撮像装置２００の撮像レンズの点拡がり関数を記憶している。点拡がり関数は、画像の中心と周辺、および複数の被写体位置について記憶されている。

参照画像算出部１３０は、光学情報記憶部１３１より、現在のフォーカス位置で被写体を撮像するときの点拡がり関数を取得し、パターンに点拡がり関数の畳み込みを行うことにより参照画像を算出する。参照画像算出部１３０は、現在の撮像装置２００の焦点距離および絞り値を撮像装置２００から取得し、光学情報記憶部１３１に保存されている複数の点拡がり関数の中から、現在の撮像装置２００の状態に最も近い点拡がり関数を選択する。

図１１は、参照画像算出の一例を示す図である。参照画像は、投影されるパターンの画像に、光学情報記憶部１３１より取得した点拡がり関数の畳み込みを行うことにより算出される。投影されるパターンの画像は、投影元のパターンを投影レンズ１１４の倍率で拡大したものであり、光学的なぼけは考慮されていない。図１１では、現在のフォーカス位置は４ｍに設定し、被写体位置が１ｍ、２ｍ、および４ｍのときについて参照画像を算出している。

被写体位置算出部１４０は、撮像部１２０によりパターンが投影された被写体を撮像した画像と、参照画像算出部１３０により算出された複数の参照画像とを比較することにより、被写体位置を算出する。より具体的には、被写体位置算出部１４０は、パターンが投影された被写体を撮像した画像から、パターンが投影されていない被写体を撮像した画像を差し引くことによりパターン画像を生成し、このパターン画像と参照画像とを比較することにより被写体位置を算出する。

被写体位置の算出は、例えば、パターン画像と参照画像との相違度を用いて行う。図１２に相違度の算出の一例を示す。パターン画像と参照画像との相違度の算出は、例えば、ＳＡＤ（Sum of Absolute Difference）やＳＳＤ（Sum of Squared Difference）等の相関演算を用いることができる。

相違度を用いた被写体位置の算出は、例えば、最も相違度の小さい参照画像の被写体位置を現在の被写体位置としてもよい。図１３は、被写体位置と相違度との関係の一例を示す図である。図１３では、被写体位置が２ｍのときの相違度が最小なので、現在の被写体位置は２ｍとなる。

また、被写体位置の算出は、複数の被写体位置における相違度に対して関数フィッティングを行うことにより近似曲線を算出し、近似曲線において相違度が最小となる被写体位置を現在の被写体位置としてもよい。図１３では、２次関数によるフィッティングを行っており、この２次関数が最小値をとる被写体位置を現在の被写体位置としてもよい。

被写体位位置の算出は、撮像画像と参照画像の全画素同士の相違度を求めるのではなく、撮像画像と参照画像の特徴量を比較することにより被写体位置を算出してもよい。被写体位置の前側と後側とでぼけ方が異なるレンズの場合に特に有効である。

図１４は、被写体位置検出装置において、図１３よりも長い距離について相違度を算出した場合の被写体位置と相違度との関係の一例を示す図である。長い距離について相違度を算出していくと、撮像されたパターン画像とぼけ方が似ている被写体位置が２か所現れることがある（図１４中のピント位置Ａおよびピント位置Ｂ）。この場合であっても、パターン投影部１１０の光源１１１の発光量からピント位置Ａおよびピント位置Ｂでの明るさを算出し、算出された明るさと撮像画像の明るさとを比較することにより、ピント位置Ａまたはピント位置Ｂのどちらが実際の被写体位置かを決定することができる。

図１０を用いて、本実施形態の被写体位置検出方法について説明する。
本実施形態の被写体位置検出方法は、フォーカス位置が可変な撮像装置２００の撮像対象である被写体の位置を検出する被写体位置検出方法である。

最初に、参照画像算出部１３０は、撮像装置２００の現在のフォーカス位置を取得する（ＳＴ９０１）。
次に、参照画像算出部１３０は、撮像装置２００の現在の焦点距離および絞り値を取得する（ＳＴ９０２）。現在の焦点距離は、ズーミング時に移動するレンズ群およびフォーカスレンズを駆動させるモータの位相を用いて算出する。現在の絞り値は、絞りを開閉させるモータの位相を用いて算出する。

次に、参照画像算出部１３０は、光学情報記憶部１３１から、現在のフォーカス位置、焦点距離、および絞り値に対応する点拡がり関数を取得する（ＳＴ９０３）。点拡がり関数は画像中心だけでなく、周辺について取得してもよい。

次に、参照画像算出部１３０は、現在のフォーカス位置に設定した状態で、撮像装置２００により複数の被写体位置についてパターンを撮像したときの複数の参照画像を算出する（ＳＴ９０４）。図１１に参照画像の算出の一例を示す。参照画像は、撮像装置２００をライブビューモードとして、現在撮像している画像を動画として液晶画面に表示させながら、現在液晶画面に表示されている画像について算出してもよい。現在のフォーカス位置についてのみ参照画像を算出するので、複数のフォーカス位置について参照画像を算出するよりも、計算時間の短縮が可能である。

参照画像算出部１３０が複数の参照画像を算出した後、撮像部１２０はパターンが投影されていない被写体の非投影画像を撮像する（ＳＴ９０５）。
次に、参照画像算出部１３０は、オートフォーカス要求の有無を判定する（ＳＴ９０６）。オートフォーカス要求がない場合、参照画像算出部１３０はフォーカス位置の取得に戻る。オートフォーカス要求がある場合、パターン投影部１１０がパターンを被写体に向けて投影する。そして、撮像部１２０は、パターンが投影された被写体の投影画像を撮像する（ＳＴ９０７）。

被写体位置算出部１４０は、パターンが投影された被写体を撮像した画像から、パターンが投影されていない被写体を撮像した画像を差し引くことによりパターン画像を生成する（ＳＴ９０８）。次に、被写体位置算出部１４０は、パターン画像と複数の参照画像との相違度を算出する（ＳＴ９０９）。図１２に相違度の計算の一例を示す。

最後に、被写体位置算出部１４０は、算出した相違度を用いて現在の被写体位置を算出する（ＳＴ９１０）。例えば、最も相違度の小さい参照画像の被写体位置を現在の被写体位置としてもよい。

以上説明したように、本実施形態の被写体位置検出装置１００によれば、既存の合焦手段と併用可能で、被写体までの距離を算出でき、かつ、撮像装置の小型化が可能な被写体位置検出装置を提供できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施形態１では、操作者がオートフォーカス要求をする前に参照画像を算出する構成となっているが、オートフォーカス要求の後に、パターン画像の生成と並行して参照画像を算出する構成であってもよい。

１００ 被写体位置検出装置
１１０ パターン投影部
１１１ 光源
１１２ 集光レンズ
１１３ マスク
１１４ 投影レンズ
１２０ 撮像部
１３０ 参照画像算出部
１３１ 光学情報記憶部
１４０ 被写体位置算出部
２００ 撮像装置
２１０ 撮像レンズ
２２０ 撮像素子
２３０ 補助光発光部
２４０ 制御部
２４１ フォーカス制御手段
２４２ 絞り制御手段
２４３ 補助光制御手段
２４４ 光学情報取得部
２４５ ピント演算手段

Claims (9)

1. フォーカス位置が可変な撮像装置の撮像対象である被写体の位置を検出する被写体位置検出装置であって、
   パターンを被写体に向けて投影するパターン投影部と、
   前記パターンが投影された前記被写体を撮像する撮像部と、
   現在のフォーカス位置に設定した状態で前記撮像装置により複数の被写体位置について前記パターンを撮像したときの複数の参照画像を算出する参照画像算出部と、
   前記撮像部により前記パターンが投影された前記被写体を撮像した画像と、前記参照画像算出部により算出された複数の参照画像とを比較することにより、前記被写体位置を算出する被写体位置算出部と、を備える
   被写体位置検出装置。
2. 前記参照画像算出部は、
   複数のフォーカス位置について前記被写体位置が変化したときの、前記撮像装置の撮像レンズの点拡がり関数を記憶する光学情報記憶部をさらに備え、
   当該光学情報記憶部より、現在のフォーカス位置で前記被写体を撮像するときの前記点拡がり関数を取得し、前記パターンに前記点拡がり関数の畳み込みを行うことにより参照画像を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の被写体位置検出装置。
3. 前記撮像部が、前記パターンが投影されていない前記被写体を撮像した画像と、前記パターンが投影された前記被写体を撮像した画像と、を撮像し、
   前記被写体位置算出部が、前記パターンが投影された前記被写体を撮像した画像から、前記パターンが投影されていない前記被写体を撮像した画像を差し引くことにより生成されたパターン画像と、前記参照画像とを比較することにより前記被写体位置を算出する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の被写体位置検出装置。
4. 前記参照画像算出部が、前記撮像装置からの距離が異なる複数の被写体位置について前記参照画像を生成し、
   前記被写体位置算出部が、前記複数の被写体位置における前記参照画像と前記パターン画像との相違度を算出し、前記相違度に基づいて現在の被写体位置を算出する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の被写体位置検出装置。
5. 前記被写体位置算出部が、
   前記参照画像が生成された前記複数の被写体位置のうち、前記相違度が最も小さい前記参照画像の被写体位置を、現在の被写体位置とみなす
   ことを特徴とする請求項４に記載の被写体位置検出装置。
6. 前記被写体位置算出部が、
   前記複数の被写体位置における前記相違度に対して関数フィッティングを行うことにより近似曲線を算出し、
   前記近似曲線において前記相違度が最小となる位置を現在の被写体位置とする
   ことを特徴とする請求項４に記載の被写体位置検出装置。
7. 前記被写体位置算出部が、
   前記撮像部に撮像より撮像された撮像画像の明るさから前記被写体位置の範囲を限定する
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の被写体位置検出装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の被写体位置検出装置と、
   位相差検出方式およびコントラスト検出方式の合焦手段の少なくとも一方と、を備え、
   前記被写体位置検出装置と前記合焦手段とを併用して合焦する撮像装置。
9. フォーカス位置が可変な撮像装置の撮像対象である被写体の位置を検出する被写体位置検出方法であって、
   パターンを被写体に向けて投影し、
   前記パターンが投影された前記被写体を撮像し、
   現在のフォーカス位置に設定した状態で前記撮像装置により複数の被写体位置について前記パターンを撮像したときの複数の参照画像を算出し、
   前記パターンが投影された前記被写体を撮像した画像と、前記参照画像算出部により算出された複数の参照画像とを比較することにより、前記被写体位置を算出する
   被写体位置検出方法。