具有可见光和整形光学元件的便携式和一次性紫外线设备的制作方法

具有可见光和整形光学元件的便携式和一次性紫外线设备
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年3月5日提交的美国专利申请no.16/809,976的优先权，该美国专利申请no.16/809,976是2019年2月19日提交的美国专利申请no.16/279,253的部分继续申请，该美国专利申请no.16/279,253要求于2020年1月21日提交的临时申请no.62/963,682、2018年7月6日提交的临时申请no.62/694,482和2018年2月20日提交的临时申请no.62/632,716的优先权，通过引用将上述这些申请全部并入本文。
技术领域
3.本发明总体上涉及发光装置，更具体地，涉及一种远短波长紫外线发光设备。


背景技术：

4.诸如细菌和病毒等病原体无处不在，例如门把手上、电话上、电视遥控器上、公共浴室中、柜台面上、人行道上、空气传播等。目前，存在清洁手部病菌的多种解决方案，例如手部消毒剂、湿纸巾等。这些产品可以帮助那些在旅途中或在使用肥皂清洗不是一个选项时想要清洁其双手的快速解决方案的人。然而，病原体无处不在，并且在需要消毒的所有表面上和/或空气中放置化学纸巾和/或清洁溶液通常是不可行的。
5.除了化学纸巾和其他清洁溶液外，短波长紫外线(uvc)光是一种杀死细菌和其他病原体的经过验证且有效的方法。当前用于杀死病菌/细菌的uvc选项，例如有助于清洁鞋底、手机壳等的固定机构、便携式uvc棒，uvc选项通常价格昂贵且普通消费者不易获得和/或通常具有单一的特定用途(例如，仅清洁人的鞋子或其他元件或设备)。此外，uvc光也存在风险。例如，uvc光可能会导致皮肤癌和/或白内障。因此，需要一种可用于对所选择的表面、局部区域和/或这些表面周围的空气进行消毒的对人类安全的手持式和/或便携式和/或一次性和/或可充电设备，以易于获得且可供普通消费者日常使用的方式消除病原体。


技术实现要素：

6.uvc光提供杀死病原体的效果。本发明以手持式和/或便携式和/或一次性和/或可充电形式提供紫外线(uv)或uvc光(例如，远uvc或短波uv光)，其可用于日常、公共场所设置中，以对所选表面、局部区域和/或表面周围的空气进行对人类安全同时消除病原体的消毒。对于普通消费者的日常使用，该设备可以易于获得且可访问。
7.本公开的另一方面提供了一种用于在选择的表面、局部区域和表面周围的空气上生成和发射uvc光的手持式uvc设备。该设备包括照射部分或光源，其提供uvc光谱中的照射或光，用于向表面或表面周围的空间生成和发射uvc光。该设备还包括激活部分。激活部分在足以间歇性地生成和发射uvc光以对表面或空间进行消毒的持续时间内提供照射部分的选择性激活。该设备还包括把手。该把手为用户提供抓握表面以抓握该设备并将照射部分引向待消毒的表面或空间并向待消毒的表面或空间发射uvc光。
8.该设备可以是模块化的。也就是说，设备的不同部件(例如，手柄、照射部分、透镜)
可以是可拆卸地附接到设备和/或一次性的。该设备可以包括可见光发射器，其发射指示被uvc光照射的表面或物体的至少一个标记或形状(例如，圆形或正方形或其他多边形)。至少一个标记或形状可以包括多个同心形状(例如，多个同心圆或多边形)。该设备可以包括一个或更多个透镜，并且uvc光可以穿过透镜以聚焦或分散uvc光。
9.本公开的另一方面提供了一种对表面进行消毒的方法。该方法包括提供一种手持式设备，该手持式设备包括发射uvc光的第一光源和发射可见光的第二光源。该方法还包括由手持式设备的第一光源发射uvc光。该方法还包括由手持式设备的第二光源发射可见光。可见光提供关于发射的uvc光的瞄准方向的可见指示。该方法还包括：通过将发射的可见光引向待消毒表面，并由手持式设备指示手持式设备何时与待消毒表面的距离是最佳距离，将发射的uvc光瞄准待消毒表面。响应于该设备与待消毒表面的距离是最佳距离的指示，该方法包括通过用发射的uvc光照射该表面来对该表面进行消毒。指示手持式设备何时处于最佳距离可以包括：当手持式设备与待消毒表面的距离是最佳距离时，将发射的可见光聚焦在表面上。
10.本发明的这些和其他目标、优点、目的和特征将在结合附图的以下说明书后变得显而易见。
附图说明
11.图1是根据本发明的在激活时发射uvc光的便携式设备的透视图；
12.图2a和图2b是根据本发明的在激活时发射uvc光的另一种便携式设备的透视图；
13.图3是图2a和图2b的便携式设备发射uvc光并照射人手的透视图；
14.图4是根据本发明的具有可旋转的底部以调节发射的uvc光的宽度的图2a和图2b的便携式设备的透视图；以及
15.图5a-图5f是用于根据本发明的便携式设备的各种透镜的平面图。
具体实施方式
16.用于对表面或表面周围的空气进行消毒的手持式和/或便携式和/或一次性和/或可充电设备操作以发射紫外线(uv)或uvc光(例如，远uvc光)以消除病原体。该设备包括具有激活机构的单元。当激活机构被激活时，设备会发射uvc光。然后可以操作该设备，以便在uvc光中照射待消毒的所需的表面和/或空气和/或空间，从而清洁病原体的表面和/或空气。
17.现在参考附图和其中描绘的说明性实施例，设备10包括单元12。单元12可以是任何合适的形状并且单元12的至少一部分是透明的或半透明的。单元12包括激活机构14。虽然所示实施例将激活机构示出为开关或拨动开关，但应理解，激活机构可以采用任何数量的形式，这将在下文更详细地描述。当激活机构14被激活时，单元12通过透明或半透明部分发射uvc光。可选地，该单元包括电源16。
18.诸如细菌和病毒等病原体无处不在，例如门把手上、电话上、电视遥控器上、公共浴室中、柜台面上、人行道上、空气传播等。目前，存在简单且经济实惠的解决方案来清洁手部的病菌，例如purell手部消毒剂、湿纸巾等。这些产品可以帮助那些在旅途中或在使用肥皂清洗不是一个选项时想要快速的解决方案来清洁他们的双手的人。然而，病原体无处不
在，并且在需要消毒的所有表面上和/或空气中放置化学纸巾和/或清洁溶液通常是不可行的。
19.除了化学纸巾和其他清洁溶液外，短波长紫外线(uvc)光是一种杀死细菌和其他病原体的经过验证且有效的方法。然而当前存在用于杀死病菌/细菌的一些uvc选项，例如有助于清洁鞋底、手机壳等的固定机构、便携式uvc棒，这些uvc光选项通常价格昂贵且普通消费者不易获得并通常具有单一的特定用途(例如，仅清洁人的鞋子或其他元件或设备)。此外，uvc光也存在风险(例如，它可能会导致皮肤癌和/或白内障)。电磁(em)辐射包括使用波通过空间传播电磁辐射能的所有光或照明或照射。例如，em辐射包括(对人眼)可见辐射和不可见辐射，例如可见光、无线电波、微波、紫外线、伽马射线等。uvc光或照明或照射是短波杀菌紫外线em辐射，其波长通常为100nm至280nm。然而，在uv光(例如，200nm至230nm)内是窄光谱的远uvc光或照明或照射可以提供杀灭病菌/细菌的相同作用，而没有有害的副作用。如本文所用，光和照明和照射可以互换使用以指代可见或不可见的em辐射。
20.根据本发明，提供了一种通过将uv或uvc光的杀菌能力置于廉价、一次性和/或单次使用(或很少使用)以及用于日常使用的便携式形式来减少病菌和增进健康的设备。该设备包括小型便携式单元(该小型便携式单元可以采用任意数量的形状)，当被激活时，该小型便携式单元会发射uvc光。在一些示例中，该设备可以发射也消除细菌和/或其他病原体的其他类型的uv光(发射其他光谱带内或具有不同波长的光)。该单元可以通过多种方式被激活，例如启动开关或弯曲、按压、挤压、摇晃和/或将单元暴露在空气中以激活它。激活后，uvc光可用于照射表面以杀死病原体并在有限的持续时间内保持激活(例如，类似于典型的化学荧光棒或化学暖手器)。该设备可以消毒多种类型的表面(例如，表皮或诸如桌子的非生物表面)。该设备还可以照射空气以清洁和杀死表面上方和/或周围的病原体。一旦uvc光终止，该设备就可以很容易地被设置(例如，在垃圾桶中)。本发明比传统的化学纸巾或清洁溶液更有效并且具有更多的应用，不像传统的uvc光那样有害，易于激活，并且便于携带。
21.该设备可以利用多种方式来生成电力以为uvc光源(设置在主体或单元中)供电或提供能量。例如，该设备可以使用一次性或可充电电池、化学品、太阳能、风力和/或任何其他类型的机构来激活和/或生成uvc光。可选地，当设备或单元被弯曲、挤压、摇晃等时，uvc光源可以响应于化学反应而发射光。可替换地，该设备可以通过开关、按钮等的致动来激活或停用。
22.在本发明的另一个方面，该设备可以使用可充电电池以允许该设备的多次使用(其中该设备可以被插入充电)。在本发明的又一方面，该设备可以包括任何合适形式的移动设备，例如手机或可操作以在不发光、常规可见光(例如手电筒功能)和uvc光之间切换的其他移动设备。在一些示例中，该设备可以包括传统的手电筒形式。也就是说，该设备可以是具有可重复使用的uv光源(发光二极管(led)、荧光灯泡、准分子灯等)的手电筒和电源(可更换电池、可充电电池、不可更换电池、电容器等)。
23.该设备可以以多种方式发射uvc光(或其他清洁病原体的uv光)。这包括使用各种技术的光源(白炽灯、荧光灯、led、准分子灯等)。当包括光源时，光源可以采用任何适当的形状。例如，光源和/或反射器可以被成形为将发射的光聚焦到相对窄的区域中。在一些示例中，用户可以(例如，通过移动设备的透镜或通过致动一些其他用户输入)在通常较宽的光束和通常较窄的光束之间聚焦发射的光。该设备可以发射关于所发射的uvc光的瞄准方
向的可见指示。例如，该设备可以发射可见的十字准线(即，十字准线形状的可见光)或其他瞄准标记，以协助引导或瞄准(人眼)不可见的uvc光。也就是说，该设备可以提供一种“瞄准”uvc光的方法，从而清洁预期区域。
24.该设备还可以发射通常聚焦在与uvc光相同的区域中的可见光，以协助用户引导或瞄准或指导uvc光(即，用户用可见光照明要清洁的区域)。例如，该设备可以发射可见光束，例如典型的手电筒所发出的光，并且无论发射的可见光照射到表面或空间的何处，发射的uvc光也照射(人眼不可见的)该表面或空间。可见光发射器(发射十字准线)可以经由用户输入的致动(例如激活uvc发射光源的相同用户输入)来供电，使得可见光发射器和uvc光发射器串联运行，从而发射的可见光在uvc光所引导的区域可见。可选地，该设备可以包括与激活uvc发射光源的用户输入分开的第二用户输入，使得可见光发射器独立于uvc发射光源运行。在另一个示例中，光源可以是在光源周围的大致360度区域中发射uvc光的灯(例如，圆柱形灯泡或二极管等)。然后该设备可以在所有或几乎所有方向上发射光以同时清洁大面积区域。在一些示例中，光源或发光二极管或灯泡是可更换的和/或一次性的。
25.在一些实施方式中，该设备可以包括计时器。当为uvc发光光源供电的用户输入被致动时，计时器可以开始测量时间。计时器可以测量足以使uvc光消除大部分病原体的时间段(例如，十秒)。计时器可以包括该时间段已经过去的视觉、听觉或触觉指示(例如，led、音频信号、振动等)。可选地，计时器可以在该时间段结束时禁用光源。计时器可以是用户可配置的或允许在一组预定时间段(例如，十秒、三十秒和六十秒)中进行选择。因此，用户可以经由按钮的按压来致动设备，然后设备将运行预定的时间段(无需用户进一步输入或按住按钮)，然后自动关闭。
26.该设备可以包括灯，该灯发射波长通常在180nm和300nm之间的uvc光。例如，灯可以发射波长在200nm和235nm之间的光。该光谱中的uvc光被认为可以杀死病原体。该设备可以包括过滤器(例如，化学过滤、光学过滤器等)以将uvc光过滤到更窄的波长光谱(例如，到200nm到235nm)。当光源发射窄光谱(例如，200nm至235nm)的光时，过滤器可作为辅助安全措施，以确保仅从设备发射适当的波长。光源也可以发射宽范围的频率，并且过滤器可以作为控制波长的主要方法。在一些示例中，该设备可以过滤具有大于230nm波长的uvc光。在一些实施方式中，过滤器具有介于220nm和225nm之间的最大频率响应(例如，222nm)。波长约为222nm的uvc光仍然能够破坏病原体或以其他方式提供防腐溶液，而不会对暴露于该光的人的表皮或视力造成伤害。因此，希望避免大量超过约222nm(例如，230nm以上)且具有显著强度的光。保持大约222nm的照射(例如，远uvc照射)会破坏病原体，但即使在长时间段的高强度下也可能不会穿透人的表皮，也不会穿透人眼的角膜。化学过滤可以被包括在设备的灯泡或位于设备内其他地方的过滤器中。可以放置光学过滤器，使得从设备发射的光穿过该光学过滤器。光学过滤器可以被包括在设备本身的灯中或作为单独的元件(例如，作为设备的透镜或光源或灯泡上的薄膜，或透镜和灯之间的薄膜)。在一些示例中，灯28可以仅生成处于或低于大约222nm的uvc光，从而不需要过滤。
27.尽管不是必需的，但是设备20可以可选地包括眼睛检测传感器。眼睛检测传感器是可操作的以检测设备的感测场内眼睛的存在(例如，人眼)。设备的处理器或控制器可以接收和处理由眼睛检测传感器(例如用于捕获表示设备处或设备周围部分以及由设备发射的uv光路径中的场景的图像数据的相机)捕获的传感器数据，以确定眼睛检测传感器的感
测场内眼睛的存在。眼睛检测传感器的感测场通常可以与设备20发射的光对齐。也就是说，感测场可以包括由设备20发射的uv光照射的区域。当在眼睛检测传感器的感测场内检测到眼睛时，控制器可以自动禁用或停用uv光源。可选地，控制器还可以或以其他方式通知或警告用户眼睛的存在(例如，诸如蜂鸣器或闪光灯的视觉或听觉通知)。
28.根据本发明的另一个方面，该设备发射使该设备的用户可以看到细菌和其他病原体的光，以允许用户确定区域的清洁度。例如，该设备可以发射照亮细菌的荧光。该设备可以与uv或uvc光同时发射病原体照明光或与uv或uvc光分开发射病原体照明光。也就是说，当使用uvc光来引导待清洁的位置时，或者在uvc光用于协助清洁和评估有效性之前和之后，病原体可以被照亮(即，使用户可见)。病原体照明光可以从与uvc光相同的光源(例如，led或灯泡)发射，或者从单独的光源(即，发射病原体照明光的病原体照明光源)发射。该设备可以包括附加的用户输入(例如，按钮或开关)，以与uvc光分开地激活病原体照明光。
29.现在参考图2a和图2b，uvc发光设备20包括底部22和顶部24。底部22和顶部24，虽然被例示为“口红盒”盒形，但可以采取任何合适的形式(例如，矩形、管状、三角形、柔性/可弯曲/适形等)。顶部24附接到底部22以包围设备20(图2a)。当(例如，通过拉动、扭转、释放闩锁等)移除顶部24时，辐射或照明源或灯罩26被暴露。如本文所定义的，照明是指用(对用户而言)可见或不可见的光来照明物体或空气。灯罩可包括灯28或其他照明或辐射源或发射uv或uvc光的光源。灯28可以是能够产生uvc光谱中的波长的任何灯(例如，准分子或激发灯、led等)。灯罩26还可以容纳过滤器30，该过滤器30过滤由灯28发射的光的波长。只要(例如，通过推动设备20、按压设备20、拉动设备20、弯曲设备20、摇晃设备20等)激活照明或辐射源28，过滤器30就可以被激活。可选地，过滤器可以是可更换的和/或一次性的(例如，可移除的过滤器滤芯42)。该设备还可以经由生物识别(例如指纹传感器或面部识别)被激活。
30.该设备还可以包括透镜32。透镜32可以将发射的光聚焦成更窄或更宽的光束。灯罩26还可以包括背衬34和反射板36以进一步引导和控制发射的光。在一些实施方式中，设备20包括激活和/或停用用户输入38(例如，开关、滑块、拨动开关、按钮等)。用户输入38在被致动或被激活时可为灯28供电或断电，从而使设备20发射uvc光或停止发射uvc光。用户输入可以在足以生成和发射uvc光以对目标表面或空间进行消毒的持续时间内间歇性地为灯28供电。设备20还可包括指示电源中剩余电量的电量等级40。电源可以是可更换电池、可充电电池、插入式电源、太阳能电源等。
31.现在参考图3和图4，设备20发射uvc光以照射待清洁的目标物体或区域。例如，如图3所示，用户可以用一只手握住设备20，同时用他或她的另一只手照射以清洁手上的病原体。设备20可以包括用于由设备的用户抓握设备(例如，将设备握在用户的手中)的把手或手柄21。例如，设备20可以包括涂橡胶的表面，供用户抓握同时将照明或光引向待消毒的表面或空气。
32.把手或手柄21可以采用任何形状或形式以方便用户握住和/或瞄准设备20。在一些示例中，手柄21可以是可从设备20拆卸或移除的，以用于储存或清洁手柄本身。例如，手柄可以在设备20的内部结构处拧入或夹住或卡扣到位。因此手柄部分(设备的外部部分)可以从结构中移除。在移除之后，手柄21可以由设备20消毒或经由另一种方法(例如，清洁液)单独清洁。在一些示例中，手柄21可以是一次性的或以其他方式可更换并定期更换。此外，如下所述，该设备的其他部件可以被移除和清洁或维修或更换。
33.设备20可以具有最佳操作距离。即设备20设置在与表皮、物体或区域相距预定距离时可以最有效地操作。例如，设备20可以优选地在距物体或区域六到十八英寸处操作。最佳距离可能约为十二英寸。设备20的辅助光源44可以发射可见标记46以指示设备何时处于距表皮、物体或区域的最佳距离处。例如，当设备的辅助光源44发射可见的十字准线时，如前所述，当设备20比最佳距离更近或更远时，十字准线可能会模糊和失焦，而当设备20处于最佳距离时，十字准线可能在焦点上。代替十字准线，设备20可以发射任何其他形状或设计。例如，可以提供单个形状或标记(例如圆形或多边形，例如正方形或三角形等)或多个同心形状(例如圆形或多边形)以显示光正在清洁的场或区域。设备20可以以其他方式(例如，设备20上的led或可听音调)指示适当的距离。设备20可以经由另一个传感器(例如，红外距离传感器)测量距离。
34.因为发射的uv光通常对人眼不可见，所以设备20可以发射其他可见光。例如，设备20可以发射可见光，该可见光照亮与发射的uv光大致相同的区域，以提供正在消毒的区域的视觉指示。可见光可以是任何颜色(例如，白色、绿色、红色等)。该设备可以发射大致包围了由发射的uv光照射的区域的可见轮廓。在一个实施例中，该轮廓是通过透镜生成的，该透镜被配置为将可见光成形为到被消毒的表面上的所需形状。或者，也可以使用激光扫描仪将形状扫描到被消毒的表面上。例如，(诸如在发射uv和/或可见光的透镜或掩模处)可以提供单个形状或多个同心形状(例如圆形或多边形)以显示光正在清洁的场或区域。最内部形状内的uv辐射强度将大于围绕最内部形状的第二形状内的uv辐射强度。因此，破坏最内形状内的病原体所需的时间将少于破坏从最内形状径向向外排列的第二形状内的病原体所需的时间。类似地，最外形状之外的uv辐射强度可能不足以清洁表面。以这种方式，可以确定正在被照射的表面上的接收用于破坏病原体的最佳能量的区域。
35.如图4所示，设备20可以发射窄波长带(例如，在或接近222nm)的uvc光。设置在灯28后面的反射板36可以增加灯28前面的光密度，从而增加设备20和预期目标区域之间的有效距离。设备20可以包括折射器50，以通过例如打开或关闭孔径或者通过移动或操纵透镜或反射板来聚焦光。例如，可以通过扭转52设备20的底部22来聚焦光，这很像扭转可调节黄铜软管喷嘴。可以以任何其他合适的方式(例如，按下按钮、滑动滑块、推动或拉动底部、转动旋钮、透镜或灯等)聚焦光。这种调节允许设备20根据用户的需要照射更宽或更窄的区域。
36.现在参考图5a-图5f，设备20可以包括各种不同配置的透镜，以便调节照射形状、范围和/或强度。一般来说，距卫生目标的距离与表面处的辐照度成反比，距离与照射面积成正比。也就是说，一般而言，设备20离目标物体或表面越远，照射面积越大，但表面处的辐照度越弱。不同的透镜配置可以修改或优化这些通用性。
37.例如，当共轭比(即目标物体/表面距透镜的距离与透镜到光源的距离之比)大于5(即目标物体/表面很远)时，可以使用平凸透镜32a(图5a)。平凸透镜32a可以被形成为圆柱形以生成线形的表面照明或辐射。这在例如表面上提供了线形的高密度uv能量，允许用户将线扫过表面而不是将其长时间保持在原位。也就是说，发射的uv光的所有能量可以集中到线中，这可以大大减少对表面或物体进行消毒所需的暴露时间。在另一个示例中，当典型的共轭比在0.2和5之间时，可以使用双凸透镜32b(图5b)。在又一个示例中，当该比率小于0.2(即，目标物体/表面很近)时，可以使用平凹透镜32c(图5c)。双凹透镜32d(图5d)具有负
焦距并且可以用于增加发射光的发散度。在又一示例中，正弯月透镜32e(图5e)或负弯月透镜32f(图5f)可单独使用或与其他透镜一起使用以创建复合透镜组件。正弯月透镜可以缩短焦距并增大数值孔径而不会引入显著的球差，而负弯月透镜可以增加焦距并减小数值孔径。
38.设备20可以包括单个透镜或组合使用以形成复合透镜的多个透镜。设备20可以使用户能够基于预期用途在不同透镜之间切换。例如，透镜可以是模块化的并且可与其他透镜互换。设备20可以包括多个透镜，用户可以(例如，通过旋转透镜轮或使用其他透镜选择器48)在多个透镜之间切换。设备20可以发射准直或非准直光。设备20可以使用限制发射的uv光的光吸收或反射的透镜。例如，透镜可以是未涂覆的uv熔融石英透镜。
39.再次参考图3，该设备、或者更具体地灯28，可以被定位在距离被消毒的人体附加物或表面大约12cm处或大约12cm之内。值得注意的是，将灯28放置在离人体附加物大约12cm的地方，在根除病原体的同时不会对人体附加物造成不利影响。在一个实施例中，灯28被缓慢扫描，同时发射远uvc光以照射物体的表面或附加物，以允许足够的照射时间来破坏病原体。应当理解，光学器件(例如，透镜)可以提供远uvc照射的时间和强度的实质性改变。在进一步的实施例中，灯28被定位在距离被消毒的人体附加物或表面约6cm处或约6cm之内，同时灯28在人体附加物或表面上缓慢扫描。在又一实施例中，灯28定位在距离被消毒的人体附加物或表面约3cm处或约3cm之内，同时灯28在人体附加物或表面上缓慢扫描。距离、灯照射能量和光学器件都可能有助于充分消除设置在人体附加物的表皮、表面甚至照射区域内的空气的病原体所需的时间量。
40.可选地，设备20可以包括允许容易更换各种部件的模块化设计。例如，设备20的手柄、光源(可见和不可见)、过滤器和/或透镜可以由设备20的用户移除和更换，而无需更换整个设备20。可以移除手柄或壳体，和/或可以移除和更换光源和/或可以移除和更换电源或电池和/或可以移除和更换过滤器或透镜。各种部件可以卡扣或以其他方式附接到中央电路元件或设备或结构(包括用于操作和控制设备的印刷电路板和控制电路)。
41.因此，根据本发明，该设备提供了一种对小表面区域和/或表面区域周围的空气进行消毒的装置。例如进屋前的鞋子、洗手间的水龙头、门把手、吃饭前的公共餐桌、餐具、玩具、遥控器、水槽、办公空间等。当被激活时，该设备可以消除人眼看不到的有害、引起疾病的细菌和病菌。
42.可以在不背离本发明的原理的情况下对具体描述的实施例进行改变和修改，本发明的原理旨在仅受所附权利要求的范围的限制，如根据专利法的原理解释的，包括等效原理。