CN114901318A - 具有距离测量系统的手持式紫外线辐照装置 - Google Patents

Abstract

一种用于消灭病原体的手持式照明组件，包括壳体。处理器和灯设置在壳体内部。该灯用消毒紫外线光辐照表面，该紫外线光具有222nm的峰值波长并且经滤波以将辐照区内的光照限制在200nm至230nm之间。距离测量系统包括生成次级光束的次级光源和光电探测器，该光电探测器用于由从一表面反射到光电探测器的光束测量灯到灯辐照的所述表面的距离。次级光源与灯呈角度偏移，从而将光束投射到由灯生成的辐照区的中心区域。光电探测器向处理器发送信号，以计算灯与表面上由次级光束以角度投射所辐照的辐照区的中心区域之间的竖直距离。

Description

具有距离测量系统的手持式紫外线辐照装置

技术领域

本申请通常涉及用于消灭表面和周围区域病原体的手持式装置。更具体地，本申请针对手持式、远紫外线手持式装置，该装置迅速消灭至少表面上的病原体，同时人类接触也是安全的。

背景技术

随着生物病原体的迅速扩张，以对人类接触安全的方式寻找消灭病原体的新颖的方法变得越来越重要。越来越多的化学品被用于公共场所的表面消毒。然而，化学品使用的增加所带来的健康危害才刚开始显现。为了应对消灭生物病原体的日益增长的需求，各种各样形式的紫外线光被开发来消毒气溶胶病原体和表面病原体。

当紫外线(UVC)光被纳入光照装置时，紫外线光的使用已被证明对消灭病原体特别有效。UVC光射出范围约为100nm至280nm。虽然UVC光已被证明消灭病原体是相当有效的，但现已知，当接触人类表皮和眼组织时，其会展现出不安全的属性。常规的UVC光已被证明会引起皮肤癌和白内障。因此，UVC光的使用仅限于不允许人类接触，并且需要采取实质性预防措施来防止任何人类接触。最近，UVC光的子集得到了一些恶名，其被普遍称为远UVC光。

而远UVC光已表明了消灭病原体的前景，其拟定用途已用于天花板安装系统，用于消灭气溶胶病原体，在远处的表面上提供缓慢的消灭，采取30分钟以上。因此，对能够迅速消灭病原体的装置存在需求，尤其是在表面和表皮上不会引起不利的健康问题。

发明内容

公开了一种用于消灭病原体的手持组件。该组件包括壳体和处理器。设置在外壳中的灯，该灯用消毒紫外线光来辐照表面，在一个实施例中，该紫外线光具有约222nm的峰值波长，并且紫外线光经滤波以将光照限制在约200nm到230nm之间。在另一实施例中，紫外线光未被滤波，从而提供高达约240nm或更高的光照。该灯在被辐照的表面上生成辐照区。

在一个实施例中，距离测量系统包括生成光束的次级光源和光电探测器，该光电探测器用于由从表面反射到光电探测器的光束测量灯到灯辐照的表面的距离。次级光源与灯呈角度偏移，从而将光束投射到由灯生成的辐照区的中心区域。光电探测器向处理器发送信号，以计算灯与表面上的被辐照的辐照区的中心区域之间的距离。

当本发明的组件位于被辐照的表面预定且精确的距离时，其能够迅速消灭表面上的病原体。当保持适当的距离时，该灯能够消灭病原体，诸如，例如2019冠状病毒(COVID-19)、流感类似病毒、细菌、霉菌和感染性孢子。例如，距离表面1英寸和6英寸之间的差异能够导致消灭病原体所需要的时间量增加10倍。当本申请的手持式装置保持适当的距离时，COVID-19在不到约1秒的时间内被消灭多达99.9％。大部分细菌能够在不到三秒的时间内被消灭。例如，安装在天花板上的紫外线灯进行远距离消灭，需要多达30分钟实现病原体减少99.9％。因为安装在天花板上的UVC光照装置需要几十分钟消灭表面上的病原体，并不实用在需要迅速消灭的高度使用的场所，诸如，例如，医生办公室、餐厅、银行、酒店大厅、飞机等之类的。

本发明的组件的另一个益处是，还可以通过光照对表皮进行安全消毒，扩大了组件的用途。例如，餐厅餐桌上的餐具，便利店，甚至是送到餐桌上的食物，能够在几秒钟内进行辐照以消灭病原体，同时对人类接触仍然是安全的。防护设备诸如手套和护目镜，普遍为紫外线装置所需要的，而辐照超过230nm所需要的UVC灯则不是必须的。

附图说明

本发明的其他优点将容易的鉴赏，当与附图结合考虑时，通过参考以下详细描述，同样更好地理解，其中：

图1A示出了本发明手持式装置的正面侧视图；

图1B示出了本发明手持式装置的背面透视图；

图2示出了沿图1所示视图中心线的剖视图；

图3示出了本发明手持式装置的分解图；

图4示出了具有激活的测量距离装置的本发明手持式装置的剖视图；

图5示出了具有激活的替代测量距离装置的本发明手持式装置的剖视图；

图6示出了手持式装置的部分透视图，示出了用于有效识别辐照区的识别光源；以及

图7示出了本发明的手持式装置的展开图，其外壳是分离的。

具体实施方式

参考图1A，本发明的手持式照明组件通常为10所示。组件10包括壳体12，该壳体12定义了灯开口14，下文将对此进一步解释。由壳体12定义的次级光开口16邻近于灯开口14。由壳体12的正面18定义两个开口14、16。下文将进一步解释次级光开口16中灯开口14的用途。

如图1B最佳示出的，壳体12包括背面20，该背面20定义了指示器开口22。可拆卸的握把21接收壳体12的背面20，并由互补邻接表面23、25(图3)可拆卸地保留，互补邻接表面23、25分别各自定义了凸面形状，提供了干涉保留系统。可拆卸的握把21是可清洁的，通过组件10照明的途径，这将在下文中变得更明显，或是其可清洁的，通过以期望的方式替代方法。当配合时，正面18和背面20定义了机座19，使得在期望时，组件10可以兀立，灯14在竖直方向上定向。

指示器24封闭指示器开口22。指示器24向操作员发出信号，灯26(图4)与被辐照的表面之间的距离是否在与病原体的预定距离内，以提供最佳的消灭能量。例如，如果距离超过预定距离(或在某些情况下间隔不够)，则第一警示器28向操作员发出信号。在一个实施例中，如果灯太远或太近，警示器照射出红色或其他颜色向操作员发出信号。指示器24通过第二警示器30的途径生成第二信号以指示灯何时邻近被辐照的表面的预定距。在一个实施例中，第二警示器照射出黄色以指示灯26邻近被辐照的表面60(图4)的预定距离。当灯26处于与被辐照的表面的预定距离时，第三警示器32照射出绿色，以指示操作员灯在预定距离处以最佳效率操作。每个警示器28、30、32分别照射出相应的光29、31、33(图3)，在本实施例中为对应的发光二极管。

本领域的普通技术人员应当理解，可以使用不同的警示器或指示器向操作员发出信号，通过用测量组件10与被消毒的表面的距离的途径来判断组件10是否被适当的使用。这些包括但不限于闪光信号灯、声音反馈或任何足以向操作员发出信号的指示器，该信号指示灯26与被辐照的表面排列适当的距离，用于提供最佳的病原体消灭。

虽然在本申请中自始至终使用“表面”，但应当理解，本申请的发明提供的迅速消灭病原体不仅对无生命对象，而且还包括手、腿、手臂，以及甚至是个人面部在内的表皮。下文将进一步解释，不需要使用肥皂或化学品，迅速消毒皮肤现在是可能的。在几秒钟内，个人用本发明的手持式组件10手持自我消毒。此外，擦伤和伤口也可以在等待施用的抗生素开始工作时，安全和及时地式迅速消毒。即使当灯26设置在表皮近的范围(诸如，例如，1英寸)时，光照能量是相当高的，但滤波的远UVC光将不会穿透表皮，同时在几秒钟内迅速消灭宽范围的病原体。

现在参考图3，按压开关35激活灯26，开关35部分延伸穿过由壳体12背面20定义的开口37a和由可拆卸的握把21定义的开口37b，每个开口37b对准可拆卸的握把21设置在壳体12上的地方。开关盖39设置在开关35和壳体背面20之间，并遮盖开关35，使得按压时，操作员不会碰触开关35，而是碰触开关盖39。还有另一个实施例包括防护屏障41，防护屏障41永久或暂时地附着到可拆卸的握把21、在握把开口37b上，以防止开关盖39变脏。以这种方式，当从壳体12上拆下屏障41时，也可以与握把21一起消毒。在一个实施例中，当机座19在竖直方向上支撑组件10时，开关35选择性地激活处理器68，以在预定时间内为灯26供电，允许用户消毒，例如他或她的手、可拆卸的握把21或任何其他对象，不用持续按压开关35或甚至不用保持住装置。由于对灯26的光照波长进行了滤波，将传输波长限制在230nm以下，并且对眼睛和表皮无害，因此竖直定向设置灯26可以照明，而不需要使用安全设备。

现在参考图2，示出了贯穿图1A的线2-2的剖视图。灯26通过灯架27设置在灯开口14上方的固定位置中，用于通过灯开口14在目标表面60上生成光照。灯26适用于使用各种各样光照装置，包括氯化氪管、发光二极管或能够以222nm峰值波长传输光的任何其他光照系统。在一个实施例中，灯26滤波以消除波长约230nm以上的光。因此，消毒光以约200nm到230nm之间的波长传输。在一个实施例中，将熔融二氧化硅防护罩34或等效物放置在灯开口14上，以在使用期间保护灯。熔融二氧化硅防护罩34被认为足够耐用，以承受UVC光射出生成的能量而不会显著退化，同时允许光传输而不会显著的降低灯26的辐照功率。然而，其他罩成分在本发明的范畴内，包括但不限于石英或能够允许UVC光传输而不变得实质性退化的任何其他材料。还应理解，透镜和罩在本说明书中可交换的使用，但每个都参考设置在灯26或包含管的灯与被辐照的表面60之间的元件36，使得远UVC光通过透镜36传输。还有进一步的，滤波远UVC光以消除或实质性减少230nm以上波长的滤波器(未示出)可以是透镜36的一部分。

灯26通过电源组36供电。电源组36通过插入式充电端口38可充电。在一个实施例中，电源组36包括两个锂电池18650PMI(未示出)，每个电池提供约3.6V电压。因此，充电时，电源组36提供约7.2伏电压。或者，灯26由通过充电端口36提供的电流供电。电源组38由电源组支架40接收，电源组支架40通过紧固件(未显示)以已知方式将电源组36紧固到位于壳体12正面18内表面上的螺钉凸台上。紧固件通过支架腿46定义的支架孔44接收。

支架腿46允许电源组支架40跨在逆变器48上，逆变器48也紧固在壳体12的正面18上。逆变器48以7.2伏的电压从电源组36接收电流，并以已知的方式对电流波长进行整形，使得其可以被灯26接收。逆变器48设置在逆变器架50上，逆变器架50由通过逆变器架孔52接收的紧固件紧固至壳体12的正面18。

变压器54将电压从电源组36生成的约7.2伏升压至约4000伏，以提供充足的能量为灯26供电。在一个实施例中，逆变器48为斯特劳多(Stratheo)逆变器。然而，应该理解的是，任何能够整形电流波长以及将电压升压到约4000伏的逆变器/变压器组合便满足需求了。变压器54还安装在逆变器架50上，以减小逆变器48变压器54组合的总体尺寸。

距离测量装置56紧固至灯架58，灯架58还将灯26紧固至壳体12的正面18。如图4最佳示出的，灯架58被定向成，使得当组件10使用时灯26水平设置到被消毒的表面60。距离测量装置56与灯26偏移，并且以相对于灯26成一定角度设置。在一个实施例中，距离测量装置56将信号传输到由灯26定义的表面60上辐照区64的中心部分62。距离测量装置56包括传感器66，该传感器66接收来自中心部分62的信号反射的反馈。传感器66向处理器68发送处理反馈数据的信号，以计算从灯26到辐照区64中心部分62的竖直距离。因此，即使距离测量装置56与灯26偏移，灯26与被辐照的表面60之间在最高能级位置处的精确竖直距离，其目的将变得更加明显，如下解释。

在一个实施例中，距离测量装置56为激光雷达系统，将激光束63传输到辐照区64的中心部分62。激光束63为可见或不可见。当可见时，激光束向辐照区64的中心部分62提供用户反馈。在另一个实施例中，距离测量装置56采用红外线光的形式，该红外线光传输到辐照区64的中心部分62，并且传感器66是红外线传感器，该红外线传感器检测来自中心部分62反射的光，用以向处理器发送信号，以计算从中心部分62到灯14的竖直距离。其他类型的测距装置在本发明的范畴内，包括雷达、摄影测量等只要可能够检测辐照区64的中心部分62。还应理解，光(或其他信号)和检测反射的传感器66之间飞行时间的测定为处理器68提供了充足的精度，以计算中心部分62或点(视情况而定)与灯26之间的竖直距离。

如上所述，处理器68向指示器24发出信号，以指示灯26是否位于辐照区中心部分62的预定距离处。在一个实施例中，当灯26设置在距离范围内诸如(例如，在1到2英寸之间)时，指示器24发出维持适当距离以迅速消灭病原体的信号。因此，向用户提供反馈，即使在对三维表面进行辐照消灭病原体时，灯26仍维持在适当的范围内。已测定，距离与到达表面60的能量速率成反比。灯14与被辐照的表面60之间的距离越小，紫外线能量传输到表面60的速率就越高，用于迅速消灭表面病原体。

在一定距离范围内对灯14进行测试，以查明消灭病原体所需要的能量，二者为带熔融二氧化硅防护透镜34和不带熔融二氧化硅防护透镜34。结果表明，当使用熔融石英透镜34时，远UVC光能小幅减少。如表1所示，测量结果以μ瓦特为单位。

表1

在被辐照的表面60约1英寸的距离处，灯14提供3030μW的能量传输速率。或者，在被辐照的表面60约6英寸的距离处，灯14提供330μW的紫外线能量传输。能量传输量转化为消灭某些病原体所必要的时间量。熔融二氧化硅防护罩(或透镜)34在某种程度上降低了被辐照的表面60处辐照能量的量。令人惊讶的是，熔融二氧化硅透镜34在表面60处的辐照能量降低的量随着距离的增加而减少。因此，归因于保护性熔融二氧化硅透镜34的辐照能量减少与灯26和表面之间的距离成反比。

此外，当灯14与被辐照的表面之间的距离约为1英寸时，辐照能量约是灯14与被辐照的表面60之间距离约为灯142英寸时的1.8至1.83倍(约为2倍)。当设置在距离被辐照的表面60约1英寸处时，灯14提供的表面能量是设置在距离被辐照的表面约4英寸处时的4.67至4.77倍(约为5倍)。当灯14设置在距离被辐照的表面60约1英寸处时，该灯14提供的表面能量是设置在距离被辐照的表面60约6英寸处时的9.07至9.18倍(约10倍)。

测试结果表明，当灯14与被辐照的表面60间隔约1英寸时，当灯14设置在距离被辐照的表面60约1英寸时，在大约1秒内，通过使病原体减少至3Log(99.9％消灭)以消灭COVID-19。或者，当灯14设置在距离被辐照的表面60约6英寸时，能够在约9.5秒内将COVID-19消灭减少至3Log。本领域普通技术人员应当理解，不同的病原体需要不同剂量的辐照，以在任何表面上完全或减少至3Log。当灯14设置在距离被辐照的表面601英寸处时，病毒可能只需要1秒的辐照，而细菌或孢子可能需要在相同距离处辐照数秒。此外，当灯26与被辐照的表面60间隔约1英寸时，在约0.1秒内实现减少至2Log，提供99％的COVID-19消灭。同样，当灯14设置在距离被辐照的表面60约6英寸时，COVID-19能够在约0.95秒内消灭减少至2Log。应当显而易见的，在测定病原体消除等级时，需要测定灯26与被辐照的表面60之间的精确距离。

图5示出了替代机构，其中距离测量装置56包括将次级光传输到与表面64上辐照区64相交的测量区域72上。在本实施例中，测量区域72的至少一部分与辐照区64的中心部分62相交。传感器66检测来自辐照区64的反射光、雷达等，用于向处理器68发送信号，以计算灯26与辐照区64的至少中心部分62之间的竖直距离。

还应当理解，距离测量装置56包括发射器74，该发射器将信号传输到被灯26辐照的表面60。发射器74预期投射任何不可见激光束、可见激光束、红外线光、雷达等，使传感器66能够检测来自被辐照的表面60的反射信号，使得处理器68能够计算灯26与辐照区64的至少中心部分62之间的竖直距离。

传输的UVC光主要在不可见光谱中。因此，用户难以完全识别灯14实现最佳辐照的表面积。此外，当表面上的UVC光光照从辐照区64的中心部分62(或区域)径向向外延伸时，该灯提供功效。然而，到表面60的传输能量在表面60上的辐照区64之外缩小。在仍然提供功效的同时，通常位于第一辐照区64径向外侧的次级辐照区76需要额外的时间来消灭病原体。为了辅助操作员识别至少辐照区64，以及在期望时识别次级辐照区76，识别光源70在主辐照区64周围投射第一圈78或等效物，在次级辐照区76周围投射第二圈80或等效物，如图6所表示。识别光源70分离来自距离测量装置56一部分的次级光的光。

在一个实施例中，识别光源70的光照，由识别光源透镜82修正，其聚焦来自识别光源70的光以聚焦光，使得第一圈78设置在紧邻主辐照区64的最宽空间边界的表面60上，第二圈80设置在表面60上紧邻次级辐照区76的最宽空间边界处。第一圈78和第二圈80的直径与灯26和辐照区的中心部分62之间的竖直距离成比例，等于主辐照区64和次级辐照区76的最宽空间边界的量。以这种方式，识别光源透镜82以相关方式配置，使得折射光的角位移生成圈78、80，其直径以每个第一辐照区64和第二辐照区76中的UVC光相同的速率增加。此外，圈78、80在三维表面上传输，对平坦表面上的对象在辐照区64、76内的提供识别。例如，圈64、76和距离测量装置56的组合，通过指示器24提供用户反馈，使用户能够查明病原体消灭的可行性，在无生命对象，甚至在手或人体解剖结构的其他部位上使用时实现。

以说明性方式描述了本发明；根据上述教导，本发明的许多修改和变化是可能的，包括从流体中去除毒素。因此，应当理解，在本说明书中，附图标记仅仅是为了方便起见，并不以任何方式限制，并且本发明可以在没有具体描述的情况下实施。因此，除了在该第一公开实施例之后的所述权利要求的范围内具体描述之外，能够实施本发明。

Claims (22)

1.一种用于消灭病原体的手持式照明组件：

壳体；

处理器；

设置在所述壳体中的灯，所述灯用消毒紫外线光来辐照表面，所述紫外线光具有220nm的峰值波长并且经滤波以将光照限制在200nm和230nm之间，所述灯生成辐照区；

距离测量系统，所述距离测量系统包括生成次级光束的次级光源和光电探测器，所述光电探测器用于由从一表面反射到所述光电探测器的所述光束测量所述灯到所述灯辐照的所述表面的距离；以及

所述次级光源与所述灯呈角度偏移，从而将所述光束投射到由所述灯生成的辐照区的中心区域，并且所述光电探测器向所述处理器发送信号，以计算所述灯与所述表面上的由所述次级光束以角度投射所辐照的所述辐照区的中心区域之间的竖直距离。

2.如权利要求1所述的组件，其中所述次级光源包括激光器，所述激光器向所述辐照区的中心区域投射束。

3.如权利要求1所述的组件，其中所述次级光源包括红外线灯，所述红外线灯用于照射与所述辐照区的所述中心区域重叠的区域。

4.如权利要求1所述的组件，其中所述光电探测器生成可传输到所述处理器的信号，以用于所述处理器计算所述灯与被辐照的所述表面之间的竖直距离，并且所述处理器计算所述距离是否设置在预定范围内。

5.如权利要求4所述的组件，其中所述处理器向指示器发出信号，以指示所述灯与被辐照的所述表面之间的距离是否在所述预定范围内。

6.如权利要求5所述的组件，还包括设置在所述组件背面上的指示器，其中所述指示器指示所述灯和被辐照的所述表面之间的距离是否在所述预定范围内、接近所述预定范围或在所述预定范围外。

7.如权利要求1所述的组件，还包括可充电的电源装置，所述可充电的电源装置生成约7.2伏的能量，以用于为所述灯供电。

8.如权利要求7所述的组件，还包括逆变器，所述逆变器用于将提供给所述灯的电压增加至约4000伏。

9.如权利要求1所述的组件，其中当所述灯设置在距被辐照的所述表面的所述预定范围内时，所述灯将3030μW和1650μW的光能发射到所述辐照区的中心区域的表面上。

10.如权利要求9所述的组件，其中所述灯生成辐照区，所述辐照区从所述辐照区的中心区域径向向外减少辐照能量。

11.如权利要求10所述的组件，还包括识别光源，所述识别光源用于将所述指示器投射到所述辐照区上，指示从所述辐照区的所述中心区域径向向外减少的辐照能量，从而表明最佳辐照区域。

12.如权利要求11所述的组件，其中所述指示器包括识别第一辐照区的第一圈和识别第二辐照区的第二圈，其中所述第二圈位于所述第一圈的径向外侧。

13.如权利要求12所述的组件，其中所述第一圈和所述第二圈被成形为与被辐照的所述表面上的光照形状相匹配。

14.如权利要求13中所述的组件，还包括折射透镜，所述折射透镜用于折射由所述识别光源生成的光，从而在被辐照的所述表面上生成所述第一圈和所述第二圈。

15.如权利要求13所述的组件，其中，所述折射透镜被配置成使得当所述灯和被辐照的所述表面之间的竖直距离增加时，所述第一圈和所述第二圈的直径与所述第一辐照区和所述第二辐照区成比例增加。

16.如权利要求1所述的组件，其中所述灯在与被辐照的所述表面间隔1英寸距离时向被辐照的表面提供3030μW的远UVC光能，在与被辐照的表面间隔2英寸距离处提供1650μW的远UVC光能。

17.如权利要求1所述的组件，其中所述灯在所述灯设置在距离被辐照的所述表面约1英寸处时提供的表面能量是所述灯设置在距离被辐照的所述表面约6英寸处时的10倍。

18.如权利要求1所述的组件，其中所述灯在所述灯设置在距离被辐照的所述表面约1英寸处时提供的表面能量是所述灯设置在距离被辐照的所述表面约2英寸处时的2倍。

19.如权利要求1所述的组件，其中所述灯在所述灯设置在距离被辐照的表面约1英寸处时提供的表面能量是所述灯设置在距离被辐照的表面约4英寸处时的5倍。

20.根据权利要求1所述的组件，还包括透镜，所述透镜被设置在所述灯和被辐照的所述表面之间。

21.根据权利要求20所述的组件，其中所述透镜将到达被辐照的所述表面的辐照能量降低到与所述灯和被辐照的所述表面之间的距离成反比的量。

22.根据权利要求21所述的组件，其中所述透镜包括熔融二氧化硅透镜。

Images