耐环境光的图像投影方法和系统 【技术领域】
本发明涉及图像投影系统，特别涉及被设计以降低环境光对图像质量的影响的图像投影系统。
背景技术
现有的彩色投影仪通过在时间和空间上调制光的三个色带：即红色、绿色和蓝色来工作。这种已被调制的光落到基本上漫反射所有入射光的屏幕上。由于这些类型的漫反射屏幕被设计为反射所有频率的光，所以其在环境室内光中显示为白色。这意味着可以在这种屏幕上提供的最暗的“黑色”受到环境光条件的限制。这就是在电影院中要关灯而在会议室内要使灯光变暗的原因。背面投影系统将已被调制的光投射到漫射显示屏幕上的背面。以相同地方式，被投影的显示图像与环境光竞争来设置对比度和背景暗度。如果可以使得投影图像看上去就象在环境光中观察到的自然物体，则将大大地增强图像投影。同样，如果可以由于与显示的期望对比度无关的原因而调整环境光的水平，则将大大地改善投影环境。
因此，需要一种投影的方法和系统，其允许所显示的图像具有基于投影图像而非环境光水平的对比度和背景暗度。
【发明内容】
一种投影系统包括改进的光源和改进的投影屏幕。所述光源使用预先选定的可视光频带，所述可视光以传统的方式被调制以产生图像。漫反射投影屏幕的投影表面包括三带通滤光器，其具有对应于所述光源的预先选定的可视光频带的相同的通带。来自投影仪的被调制的预先选定的可视光频带通过所述三带通滤光器，并且当向漫反射屏幕投射一帧调制像素时作为图像被传输给观众。除了对应于三带通滤光器的通带之外的环境光，基本上所有入射到投影屏幕的环境光被吸收或阻挡。
背面投影仪使用漫射投影屏幕，其在屏幕的观看一侧具有三带通滤光器。以这种方式，来自被调制的预先选定的可视光频带的投射光入射到投影屏幕上形成图像。包括被调制的预先选定的可视光频带的图像通过三带通滤光器，并且被观看者看见。与滤光器的通带不具有相同频带的背面或前面的环境光被滤光器阻挡。
上面已经概括地给出了本发明的较为粗略的特征和技术优点，以便可以更好地理解随后的本发明的详细说明。以下说明形成本发明的权利要求的主题的本发明的附加特征和优点。
【附图说明】
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参见结合附图的下列说明，其中：
图1图解了本发明的实施例可以使用的滤光器的通带；
图2图解了按照本发明的实施例的正面投影系统；
图3图解了按照本发明的实施例的背面投影系统；
图4是按照本发明的实施例的正面投影系统中的一部分投影屏幕的详细情况；
图5是按照本发明的实施例的背面投影系统中的一部分投影屏幕的详细情况；
图6是按照本发明的实施例的计算机控制投影系统的方框图；
图7是在本发明的实施例中使用的方法步骤的流程图。
【具体实施方式】
在下面的说明中，给出了多个具体细节以提供对本发明的彻底理解。例如，可以说明具体的逻辑功能和用于产生它们的电路；但是，本领域一般技术人员可以认识到本发明可以不使用这样的具体细节而被实践。在其它情况下，已经以方框图的形式示出了公知的电路或系统，以便不以不必要的细节混淆本发明。现在参见附图，其中所描述的器件未必按照比例示出，并且其中几个图中以相同的附图标号指定了相同或相似的元件。下面，可能使用术语频带、波长带或简单的可视频带来描述产生可视频谱中各种颜色的光的光频带。同样，在描述滤光器特征时，可能可互换地使用带通或通带来指称滤光器对其实质透明的频带。滤光器可以被定义为实质地阻挡在一光频带之外的光频率。这表示滤光器充分地减少了该光频率带外的光频率的强度，以便与在光频带内的光频率的强度相比较，其不被观众所感知。在特定光频率周围的光频带的陈述指称一连续的光频率频谱，其中所述特定的光频率一般在所述连续的光频率频谱的中心。
投影仪发出的“白”光与环境“白光”在频谱上不同。环境白光的能量扩展在整个可视频谱上，而投影系统仅仅在三个窄带中可以具有光能。这两种光源都被称为白光的原因是用于感知颜色的生物机制对环境白光的响应与对投影仪白光的相同。眼睛，具体的说是视网膜，具有三种颜色接收器或检测器。虽然当其被激活(在接收器中的神经元响应于能量水平而激发)时具有在三种颜色频率中的宽重叠的灵敏度曲线，但是在检测后丢失有关引起响应的各个频率的所有信息。接收器响应的组合传送在头脑中对颜色的“感知”，头脑解释来自眼睛的信号。引起相同的接收器响应的两种频谱不同的来源将带来类似的颜色感知。这意味着存在可以带来相同的颜色感知的多种光谱。理解本发明的实施例的关键在于下述观念：选择用于投影的光谱，其产生期望的颜色感知，同时与环境光的光谱实质不同。这使得可以以实质独立的方式来管理两种光谱。本发明的实施例使用窄带可视光滤光器来管理可视光谱。
在彩色合成(additive)系统中，可以通过调制每个特定频带并将其投射到漫反射投影屏幕的同一“像素”上以便频带被反射回观众的眼中而使用对应于光的红、蓝和绿波长的基本光颜色来产生完全的调色板。一般将像素(PIX[picture]Element，图像元素)定义为在显示屏幕上的最小可寻址单元。像素的分辨率越高(像素的行和列越多)，则导致显示越多的图像信息。在存储图像时，每个像素包括一个或多个比特来限定构成像素的彩色频率的强度。这个“比特深度(bit depth)”越大，则可以表现越多的色调(shade)或颜色。最经济的系统是单色，它采用每个像素一个比特(通/断)。灰度和彩色显示一般采用每个像素4至24个比特，提供从16到16百万种颜色。在屏幕(投影、图形或电视)上，彩色像素由基色(例如红、绿和蓝)的一个或多个视觉重合(时间和/或空间上)点构成。单色和灰度系统采用每个像素一个点。对于单色，暗像素是不存在激发的光。对于灰度，以不同的强度来激发像素，产生从暗到亮的范围。彩色系统使用每个像素一个红、绿和蓝点，其中每个被激发到不同的强度，产生被感知为这些点的混合体的颜色范围。黑色是所有三种颜色都没有，白色是存在适当强度的所有三种颜色光。
大量的这样的像素则可以用于形成图像帧。以这种方式，观众感知到构成图像的多种颜色。通过产生具有足够密度的像素，可以产生不同质量的图像。或者，可以由背面投影仪通过漫透射的投影屏幕投射像素。颜色被聚焦到图像“出现”的投影屏幕的平面上。来自在屏幕上的图像的光线随后到达观众的眼睛，在此观众“感知”到构成图像的各个像素的颜色。彩色投影仪利用合成系统来形成用于放映或电视等的大图像。为了形成用于投影的图像，产生窄带的光，其强度对应于期望的颜色而被调制，并且以使得用户感知到无闪烁放映的速率来将图像投射到屏幕上作为像素。
存在多种可能的用于产生窄带(频带)光的来源。例如，可以通过选择性地过滤来自传统的“白”光源的宽带光来产生窄带光。但是，可以证明使用这种方法来产生光是效率低的。另一个方法可以使用发光二极管(LED)或半导体激光器。在明白可以使用任何适当波长的窄带光源的情况下，LED是在本公开中的详细说明中使用的光源。可以将LED制造使得发出相当窄的频带。每个LED频带不必与带通滤光器的对应通带精确地相同。实际上，频带可能更窄或更宽，其中更宽的频带仅仅导致反射光的损耗。三种LED光源，每种颜色用一种，可以被用在单调制器或三调制器方案中以产生图像的像素。
还存在几种调制窄带光的方式。典型的单调制器方案将呈现空间上改进(如装有快门(shuttered))的帧的一个颜色，以便呈现每个像素位置的正确强度。例如，可以利用数字微镜(DMD)或使用液晶显示(LCD)“快门”系统来做到这一点。在这种方法中，一次仅仅使用三分之一的光，并且依赖于如何产生光，可能浪费三分之二的光。也可以使用顺序彩色重获(SCR)系统来用于DMD或LCD，其一次呈现所有三种颜色。SCR使用特殊设计的彩色转盘，其依序提供三种颜色中的每一个，以便重获“未使用的”颜色来低损耗地重新使用。
DMD是被称为数字光处理(DLP)的系统的心脏。DLP是德克萨斯仪器公司(TI)的数据投影技术。这种技术使用DMD，即一种具有转向或反射光的400,000到超过两百万光开关的芯片。在CMOS存储芯片的顶部建立微型机电镜，每个16微米见方，其中每个镜子控制一个存储比特的状态。
在使用三色的单调制器方案中，可以在调制特定的第三频带期间使用传统的彩色转盘来阻挡两个频带。LED光源也可以循环地通断，以便以时间复用的模式在适当的时间期间仅仅接通正确的光源。开关单独的光消除了对于彩色转盘的需要。由于调制以每秒30-100帧的帧速率来发生以符合无闪烁图像投影，因此热循环可能不是严重的问题。
在三调制器方案中，对于每个调制器有一个适当波长的LCD源。就像与传统的三调制器方案中一样，产生的光将被组合为单个投影图像。这消除了用棱镜将宽带光源的彩色分离的必要。
因为光不像在阴极射线管(CRT)中使用的电子束一样容易被偏转，因此使用一些种类的空间调制器来形成图像帧。例如，在单调制器中，呈现特定的一种基色，并且给每个像素装上快门，以便每个像素接收产生其颜色所需要的期望强度。另外两种颜色同样被呈现和调制。这是以使得眼睛将三种调制光频率的组合感知为单个合成色的速率来完成的。在三调制器中，每种颜色被分离地调制，然后将结果在传送到观众的眼睛之前组合。
作为光源，LED是很有效的光发生器，其比白炽光源的光效率高得多。使用LED光源使得提高了整体的投影仪能量效率，并且降低了热负荷，从而降低了冷却要求。降低的冷却要求可以导致没有风扇的投影系统和由投影仪输出的噪声的降低。投影仪噪声的降低对于家庭影院应用以及甚至商业应用是重要的。
本发明使用选定的窄带可视光(例如，红、绿和蓝)。这些窄带光可以以传统的方式被调制，并且被投射到专用的改进投影屏幕上。所述投影屏幕包括滤光器，所述滤光器具有三个窄通带，让红、绿和蓝光带通过，而阻挡其它可视光。这样的通带可以是波长十(10)纳米或更短。在滤光器后面是一个漫反射投影表面，其将所传送来的光通过滤光器反射给观众。依赖于滤光器通带如何窄，多数环境光被滤光器吸收。光波长在所述通带内的环境光将被反射。另外，频带吸收滤光器可以被安装到环境光源(光、窗等)，其将阻挡三种期望的频带。虽然这可能不相当大地改变光的特征，或者降低不超过10％的量的环境光，但是其将进一步降低由屏幕反射的不期望的光10-100倍。
可以使用这样的材料(例如着色剂)来构造滤光器，即所述材料的分子性质具有在选定的频率吸收、散射和透射的期望组合。其它的滤光器可以以下述材料被构造，其厚度和折射率可以被选择以提供所期望的滤光器特征。
在可视光谱中的选择性吸收是着色剂显现其具体颜色的方式的前一半。这个选择吸收的示例是这样一种着色剂，其除了在600-700纳米范围内的红色部分外选择性地吸收所有的白光波长。这种着色剂将随后透射和/或散射剩余的红色光，这种着色剂被分类为红色着色剂。如果所述着色剂散射剩余的红色光，则其将使得加上它的材料显示为红色。如果所述着色剂透射红色光，则它对红色是透明的。同样，吸收白光的红色、橙色、黄色、蓝色、靛蓝色和紫色部分的着色剂将显示为绿色着色剂。照亮物体的光必须包括着色剂将透射或散射的波长以显现其固有颜色。作为示例，如果照亮红色苹果的光不包括任何红光，则苹果将对观看者显示为黑色。
可以向通常对可视范围中的所有光频率透明的材料加上着色剂，以便产生选择性的反射或透明。如果着色剂充分地散射选定的光频率的光，并且对其它的频率透明，则所述着色剂将使得所述材料显示为由选定的光频率确定的颜色。如果着色剂吸收除了所选定的光频率之外所有的频率的光，并且所述着色剂不散射所选定的光频率，则所述着色剂将使得所述材料对所选定的光频率透明。以这种方式，可以形成材料层以形成在多个选定的频率反射的多个频率带通滤光器或材料。
图1是图解用于创建本发明的实施例可以使用的图像的，红色、蓝色和绿色可视光的三(频率)带通滤光器的通带的传送函数(transfer function)。左边的垂直轴表示所透射的光的百分比，水平轴以纳米表示光的波长。右边的垂直轴表示光密度。对于给定的波长，光密度定义了光学元件的透射率的表达式。光密度被表达为log10(1/T)，其中T是透射率。光密度越高，则透射率越低。
在图1中，带通101对蓝光透明，带通102对于绿光透明，带通103对于红光透明。图1的传送函数示出了理论上的带通曲线109、实际的带通曲线110、光密度曲线108。因为三带通滤波器100吸收在通带之外的光频率，因此这些区域可以被称为阻带，例如图1所示的阻带104-107。
滤光器100(具有图1所示的特征)可以由施加到漫射投影屏幕上的投影表面上的材料层构造。例如，第一材料层对波长大于650纳米的光透明，并且吸收或阻挡波长小于650纳米的光。第二材料层吸收波长在560-615纳米之间的光，并且对此频带之外的光透明。第三材料层吸收波长在490和530纳米之间的光，并且对此频带之外的光透明。最后，第四材料层对于波长大于475纳米的光透明，并且阻挡具有小于475纳米的波长的光。具有图1所示的特征的滤光器可以用于本发明的实施例中。
滤光器100具有蓝光的带通101、绿光的带通102和红光的带通103。吸收光的阻带被图解为对频率大于波长为475纳米的蓝光的阻带104。同样，阻带105横跨490-530纳米，阻带106在560-615纳米之间，最后，阻带107用于波长大于650纳米的光。
具有图1的特征的滤光器可以被构造为具有这样的层或聚合材料，即所述层或聚合材料吸收一些频带中的光而对其它频带透明。聚合材料的透明直接与材料散射的不存在或很低的数量有关。在这种情况下，着色剂和/或聚合体本身可以选择性地吸收特定的光频率，并散射未被吸收的剩余光频率，产生被感知的颜色。但是，如果取代散射未被吸收的剩余的光频率，而样品让这个剩余的光通过，则所述材料对所选定的频率透明。
两种类型的着色剂被用在聚合材料中：色素，其是分布在聚合母体中的小颗粒；染料，其实际可以溶解在聚合母体本身中。可以溶解的染料仅仅吸收光，其不散射光，导致选择性透明样品。如上所述，材料使得所选定的光频率通过样品而不散射这个入射光的能力是透明。其一个示例是使用红色染料来对Lexan聚碳酸酯树脂汽车尾灯透镜加色。在这个示例中，红色染料选择性地吸收除了红色光之外的所有光，所述红光穿过尾灯透镜。
或者，可以通过配置用于涂敷投射表面的光学材料(例如聚合材料)的组合来构造滤光器100。象各个材料层一样，所述涂层应当基本上对在期望的通带(例如红色、蓝色和绿色)中的光透明，而对这些通带外部的光不透明。可以通过向通常对于可视光频率透明的聚合物涂层加上具有期望的光学属性的着色剂来制造这种类型的滤光器。在滤光器100透射期望的频率的情况下，色散反射表面将光频率反射给观众。
在另一个实施例中，滤光器100本身可以被构造为选择性地反射。在这个实施例中，滤光器100可以以第一材料被构造，所述第一材料反射第一频带(如红色)，同时透射所有其它的频率。第二材料连接到第一组层的透射侧。第二材料反射第二频带(如蓝色)，同时透射所有其它的频率。因为第一材料对于除了红色之外的所有的光透明，因此蓝光与红光一起被反射回来。最后，第三材料连接到第二组层的透射侧。第三材料反射第三频带(如绿色)。再一次，第一材料和第二材料对于绿色透明，因此绿色与红色和蓝色一起被反射。可以通过材料或涂层的各个层来制造这种类型的滤光器。在任何一种情况下，都加入着色剂(如色素)，所述色素散射红色、绿色和蓝色光，而对其它的可视光频率透明。
也可以以具有不同厚度和折射率的材料来构造反射滤光器结构，所述材料引起相长和相消干涉来产生所期望的光属性。一种这样的滤光器是Rugate滤光器结构，其使用具有连续变化的折射率的材料来实现所期望的材料属性。例如，Barr Associates Barr Associates，Inc.，2 Lyberty Way，Westford，MA 01886，USA基于Rugate技术制造滤光器以用于多种应用。
在另一个实施例中，滤光器100是透射性的，并且以具有不同材料厚度和折射率的材料层构造，因此复合物对所选定的窄光频带透射。例如，一种设计示例是用于垂直入射到普通玻璃基底上。三种材料类型被用于材料层：Au，SiO2和TiO2。所述设计在770和920纳米(nm)具有两个窄透射带，包括13个材料层。下面说明每种材料厚度，其中第一层最接近基底，并且以纳米给出厚度。
AU 16.58nm，SIO2 115.39nm，TIO2 96.33nm，SIO2 49.67nm，TIO2 39.24nm，SIO2 152.40nm，TIO2 93.69nm，SIO2 270.66nm，AU 4.16nm，SIO2 10.49nm，TIO2 95.25nm，SIO2 102.01nm，AU 10.76nm。虽然这种示例性的滤光器不在本发明的期望频带内，但是其说明了如何利用具有所选定的折射率的材料的变化的厚度来构造带通透射滤光器。
可以使用材料的其它组合来创建具有与图1所示的类似的特征(如具有变换的通带)的三带通滤波器，其仍然在本发明的范围内。
图2图解了按照本发明的实施例的正面投影系统200中的光线。投影仪201投射调制光206，其包括多种可视光频率(如红色、蓝色和绿色光)。每种光频率的强度被调制以便当反射的组合被观众的眼睛接收时产生多种颜色。调制光206照射在与漫射投影屏幕203成为一体的滤光器204上。滤光器204被构造为具有与图1所示的示例滤光器100类似的透射特征。因为调制光由红色、蓝色和绿色光谱中的波长的光构成，因此其落入滤光器204的窄通带内并且到达漫射屏幕203的反射投影表面(其它频率的光被吸收)。调制光的频带在每个像素位置被反射以产生投影图像在那个位置的特定颜色。这个反射光207在作为在漫射投影屏幕203上的图像到达观众202之前再次通过滤光器204。环境光205和208表示从与投影图像无关的环境源(例如环境光源220)到达投影屏幕210的光。不在滤光器204的三种频率通带中的所有环境光205和208被阻止而不能达到漫射投影屏幕203。因此，多数环境光从不达到观众202的眼睛，产生具有比现有技术的投影系统可以获得的对比度好很多的投影图像。仅仅环境光205和208中在滤光器204的通带中的那些频率到达反射屏幕203的透射表面。漫射投影屏幕203被制造为(无滤光器204)反射所有的光，并且因此将在呈现所有频率的光时对观众显示为“白色”。如果除了来自投影仪201的调制光之外没有光到达屏幕203，则屏幕203将在没有投射红色、蓝色或绿色光(其它光源被阻挡)时显示为“黑色”。实际上，到达反射屏幕204的环境光205和208中包括的多多少少在通带中的不需要的光来支配对比度。
可以给环境光源220配置滤光器230，其阻挡红色、蓝色和绿色光谱的光频率。环境光221中的红色、蓝色和绿色光频率被过滤，以便环境光205具有很少这些频率的光。也可以给产生环境光208的光源(未示出)配置与滤光器330类似的滤光器。
图3图解了按照本发明的实施例的背面投影系统300的光束。投影仪301向产生图像的投影屏幕303的背面投射和聚焦调制光306。为了使观众302看见这个图像，观众必须接收光308。因为屏幕303是漫射的，因此被投射到屏幕303上的每个像素具有指向观众302的光线。但是，这些光线必须首先穿过滤光器304，按照本发明的实施例所述滤光器304也具有三种通带(红色、蓝色和绿色)。因为投影仪301通过调制在红色、蓝色和绿色光谱中的光来产生图像，因此滤光器304被设计为仅仅通过在这些频率周围的窄带中的光频率。环境光305和307也照射到漫射屏幕303的背面。仅仅对应于滤光器304的通带的小部分环境光305和307被透射到观众302。实质上，环境光的所有其它的可视频率被滤光器304吸收。照射到滤光器304的观众侧的示例环境光309和310通过滤光器304而经历类似的过程。在滤光器304的通带外部的环境光309和310的频率被吸收并且不到达漫射屏幕303。仅仅在滤光器304的通带内的小部分环境光309、310、305和307被从屏幕303透射并到达观众302。再一次，这导致用于在背面投影系统300中的投影屏幕311上显示图像的如同图2所示的正面投影系统200一样的很高的对比度。
可以给环境光源320配置滤光器330，其阻挡在红色、蓝色和绿色频带中的光。环境光321中的红色、蓝色和绿色光频率被过滤，以便环境光307具有很少这些频率内的的光。也可以给产生环境光305、309和310的光源(未示出)配置与滤光器330类似的滤光器。这将额外地改善投影仪所透射的图像的对比度，从而进一步改善图像的质量。
图4更详细地图解了按照本发明的实施例的、具有三带通滤光器402的漫射屏幕401的滤光器和漫射屏幕界面。调制光406由可视频率中所选定的频带(例如红色、蓝色和绿色)组成。调制光相对无衰减地穿过三带通滤光器402。另一方面，环境光403大部分被吸收，仅仅部分404达到屏幕401并且被反射为光405。
图5更详细地图解了具有用于按照本发明的实施例的背面投影系统的三带通滤光器502的漫射屏幕501的滤光器和漫射屏幕界面。来自投影仪509的调制光506被聚焦到投影表面上，并且穿过漫射屏幕501，在此其入射到带通滤光器502上。带通滤光器502具有三个窄通带。因为调制光由与这些通带对应的可视频谱中所选定的频带(例如红色、蓝色和绿色)组成，因此调制光相对无衰减地穿过滤光器502，并且作为调制光507到达观众508。另一方面，在滤光器502的通带内的仅仅环境光503的小部分505未被吸收，其随后可以到达观众508。
图6图解了可以使用按照本发明的实施例的投影仪和投影屏幕的计算机控制投影系统600。CPU 610可以用于构造图像或从诸如光盘(CD)或数字多用途光盘(DVD)的媒体器件630接收图像数据。所述图像数据将图像定义为一帧帧的像素。CPU 610也可以在RAM 614中存储图像数据，RAM 614经由系统总线612连接到CPU 610。同样，图像数据可以存储在盘存储系统620上，盘存储系统620经由输入/输出适配器618和总线612连接到CPU 610。随后可以将图像数据发送到投影仪642，所述投影仪642包括按照本发明的实施例的光源和调制器。调制光644被投射到投影屏幕643上，投影屏幕643被改进为具有按照本发明的实施例的滤光器。也可以将所构造的图像经由显示适配器636发送到显示器638来进行预览、显示或编辑。键盘624和鼠标626经由用户接口适配器622连接到CPU 610，并且可以用于控制投影仪642的操作。也可以使用其它具有不同特征的计算机配置，并且其仍然在本发明的范围内。
图7是在本发明的实施例中使用的方法步骤的方框图。在步骤701，图像被构成为多个像素，各像素包括具有对应的选定的强度的窄带的可视光。在步骤702，调制对应于窄带光的光源以产生形成已调制的窄带光频率的对应的选定强度。在步骤703，将调制光频率投射到漫射投影屏幕上，所述漫射投影屏幕具有以滤光器进行了改进的投影表面，从而形成投影图像，所述滤光器具有对应于窄带光频率的带通。
本发明的实施例也可以用在背面投影系统中。可以使用上述相同的投影仪，除了所述投影仪将在漫透射显示屏幕上投影和聚焦图像，所述漫透射显示屏幕在观众侧具有三带通滤光器结构。来自投影仪的光通过滤光器和漫射屏幕，并且形成图像。三带通滤光器起阻挡在投影屏幕前或后出现的任何不在所述通带内的光的作用。
本发明的实施例改进了投影仪光源和投影屏幕，以便投影屏幕选择性地反射或投射来自投影仪的光而非环境光。这样的屏幕将在环境光中显示为非常深的暗灰色或黑色。来自投影仪的光被高效反射，使得即使在灯光很亮的房间内也可以看到图像。在存在环境光的情况下，该系统示出的最暗的暗度现有技术提供的最暗的暗度要暗大约10-100倍。本发明的实施例将改善投影仪的所感知的对比度的能力，并且将与诸如LCD或数字光处理(DLP)技术的现有的光调制技术一起工作。
虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当明白，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变、替换和变更。