LOFIC guarda la carga que desborda del píxel para conservar luces y sombras en una sola exposición. Sony la incorporó al sensor LYTIA L910.
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Sony incorporó LOFIC al LYTIA L910, un sensor de aproximadamente 50 megapíxeles anunciado en junio de 2026 y el primero de la familia LYTIA con esta estructura. Según la compañía, su combinación con nuevas tecnologías de lectura alcanza 100 dB de rango dinámico en una sola exposición, para registrar escenas con luces intensas y zonas oscuras.
LOFIC, sin embargo, no es una tecnología exclusiva de Sony: la Universidad de Tohoku documenta su desarrollo junto con Texas Instruments desde 2003. En 2008, ambas organizaciones ya habían llevado esa estructura al sensor comercial TC922, destinado a cámaras de vigilancia.
LOFIC significa Lateral Overflow Integration Capacitor, o condensador de integración de desbordamiento lateral. Es una estructura que almacena la carga eléctrica que supera la capacidad del fotodiodo cuando recibe mucha luz, lo que permite conservar información de las zonas brillantes y combinarla con una lectura sensible para las sombra
Dicho de manera simple, imagina que cada píxel es un vaso y la luz es el agua que lo llena: LOFIC añade un depósito para recoger lo que rebalsa. Así, el sensor puede conservar detalle en las partes más iluminadas mientras registra las zonas oscuras, como cuando fotografías una habitación y quieres que también se vea lo que hay fuera de la ventana.
Cada píxel contiene un fotodiodo que convierte la luz recibida en carga eléctrica y la acumula durante la exposición. Su capacidad es limitada: cuando se llena, deja de distinguir aumentos de iluminación que superan ese límite, por lo que las zonas más brillantes pueden perder detalle.
El problema aparece al fotografiar una habitación con una ventana iluminada por el sol, porque el interior y la zona de la ventana reciben cantidades muy distintas de luz. Una exposición larga ayuda a registrar el interior, pero puede saturar las zonas iluminadas; una corta conserva esas luces, aunque recoge menos información de las sombras.
En la estructura LOFIC descrita por Isao Takayanagi y sus colaboradores, la carga excedente pasa primero al nodo de difusión flotante, donde se convierte la carga en una señal de voltaje. Cuando también se supera la capacidad de ese nodo, el excedente continúa hacia un condensador adicional a través de una compuerta.
Así, el píxel sigue almacenando información después de que el fotodiodo se haya saturado, hasta alcanzar la capacidad del conjunto. El estudio publicado en 2019 demostró un píxel de 2.8 micrómetros con una capacidad de 120000 electrones en su lectura de baja ganancia, frente a 7000 en la de alta ganancia.
Guardar más carga resuelve una parte del problema, pero también hay que medir correctamente las señales pequeñas. Para ello, LOFIC combina lecturas con distinta ganancia de conversión, que expresa cuánto cambia el voltaje por cada electrón recogido.
La lectura de alta ganancia, conocida como HCG, utiliza una capacitancia pequeña y produce una variación de voltaje mayor por electrón. Esto permite distinguir mejor las señales débiles del ruido del circuito, pero la lectura se satura con una cantidad menor de carga
En la lectura de baja ganancia, o LCG, se conecta la capacidad adicional y se incorpora la carga almacenada por desbordamiento. Cada electrón produce una variación de voltaje menor, pero el circuito puede representar una cantidad de carga mucho mayor y conservar información de las zonas intensamente iluminadas.
En términos simples, la alta ganancia es como subir el volumen para escuchar un sonido débil: ayuda a distinguir la poca luz que llega al sensor. Con mucha luz, esa sensibilidad hace que la lectura se sature antes, por lo que se necesita otra configuración para registrar señales más intensas.
El procesamiento selecciona la señal adecuada según su nivel y ajusta la escala de ambas lecturas para construir la imagen de alto rango dinámico, o HDR. Ai Otani y sus colaboradores describieron en 2023 esa selección mediante un umbral que determina cuándo utilizar la señal de alta o de baja ganancia.
Ambas lecturas se obtienen de una sola exposición, sin tomar primero una imagen oscura y después otra más luminosa. Esto reduce los defectos de imagen que pueden aparecer al unir fotografías tomadas en momentos distintos, especialmente si un objeto se mueve entre una toma y otra
También explica la diferencia con la doble ganancia de conversión convencional: LOFIC incorpora almacenamiento para la carga que desborda durante la exposición y amplía la capacidad más allá del fotodiodo. La revisión publicada en Sensors en 2026 distingue ambos mecanismos y sus compromisos entre capacidad, sensibilidad y tamaño del píxel.
El rango dinámico expresa la relación entre la señal máxima que puede registrarse y la mínima que puede distinguirse del ruido. Aumentar la capacidad de almacenamiento amplía el extremo luminoso, pero la calidad de la imagen también depende de lo que ocurre al pasar de una lectura a otra.
En las estructuras LOFIC descritas, la lectura de baja ganancia conserva ruido de reinicio que puede deteriorar la relación señal/ruido en la transición desde la alta ganancia. Si la separación entre ambas es demasiado grande, ese cambio puede convertirse en un punto débil de la imagen.
En el LYTIA L910, Sony combina LOFIC con TCG-HDR, que lee la carga de una exposición con tres ganancias de conversión diferentes. También incorpora circuitos de ganancia de conversión ultraalta, denominados UHCG, a los que atribuye una reducción aproximada del 30 % del ruido aleatorio frente al LYTIA 828.
Otros desarrollos permiten ajustar el rango utilizado según la escena. En el estudio presentado por Otani y sus colaboradores en 2025, el control eléctrico del condensador permite obtener tres ganancias y seleccionar tres modos HDR, con diferentes rangos de captura según la iluminación.
Añadir condensadores y transistores ocupa superficie, algo especialmente relevante al reducir el tamaño del píxel. El prototipo de 2019 combinaba LOFIC con iluminación posterior, o BSI, para que la luz entre por la cara opuesta a los circuitos y la región fotosensible pueda extenderse bajo esos componentes.
La electrónica que lee las señales también necesita espacio. En 2023, Ai Otani y sus colaboradores propusieron compartir una cadena de lectura entre alta y baja ganancia, con una reducción estimada de aproximadamente un 48 % de su área frente al circuito de referencia con dos cadenas.
Otra posibilidad es seleccionar la señal útil antes de enviar todas las lecturas. Yoshihito Hirai y su equipo de la Universidad de Tohoku demostraron un prototipo que evalúa la carga de desbordamiento para decidir qué señal entregar según la iluminación de cada píxel.
Esa decisión exige considerar la corriente oscura, una carga que aparece incluso sin luz y que aumenta con la temperatura. Si el umbral no contempla ese efecto, el circuito puede interpretar esa carga como iluminación y elegir una lectura inadecuada; por eso, el estudio de Hirai de 2025 analiza cómo ajustar la selección para evitar esos errores.
