]> git.uio.no Git - u/mrichter/AliRoot.git/blob - ITS/AliITSsimulationSSD.cxx
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[u/mrichter/AliRoot.git] / ITS / AliITSsimulationSSD.cxx
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14  **************************************************************************/
15 /* $Id$ */
16
17 #include <stdio.h>
18 #include <stdlib.h>
19 #include <iostream.h>
20 #include <iomanip.h>
21 #include <TObjArray.h>
22 #include <TRandom.h>
23 #include <TMath.h>
24
25 #include "AliITSmodule.h"
26 #include "AliITSMapA2.h"
27 #include "AliITSpList.h"
28 #include "AliITSresponseSSD.h"
29 #include "AliITSsegmentationSSD.h"
30 #include "AliITSdcsSSD.h"
31 #include "AliITS.h"
32 #include "AliRun.h"
33 #include "AliITSgeom.h"
34 #include "AliITSsimulationSSD.h"
35
36 ClassImp(AliITSsimulationSSD);
37 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////
38 // Version: 0
39 // Written by Enrico Fragiacomo
40 // July 2000
41 //
42 // AliITSsimulationSSD is the simulation of SSDs.
43
44 //----------------------------------------------------------------------
45 AliITSsimulationSSD::AliITSsimulationSSD(){
46     //default Constructor
47
48     fDCS     = 0;
49     fDifConst[0] = fDifConst[1] = 0.0;
50     fDriftVel[0] = fDriftVel[1] = 0.0;
51     fMapA2   = 0;
52 }
53 //----------------------------------------------------------------------
54 AliITSsimulationSSD::AliITSsimulationSSD(AliITSsegmentation *seg,
55                                          AliITSresponse *resp){
56     // Constructor
57
58     fDCS     = 0;
59     fDifConst[0] = fDifConst[1] = 0.0;
60     fDriftVel[0] = fDriftVel[1] = 0.0;
61     fMapA2   = 0;
62     Init((AliITSsegmentationSSD*)seg,(AliITSresponseSSD*)resp);
63 }
64 //----------------------------------------------------------------------
65 void AliITSsimulationSSD::Init(AliITSsegmentationSSD *seg,
66                                AliITSresponseSSD *resp){
67     // Constructor
68
69     fSegmentation    = seg;
70     fResponse        = resp;
71     Float_t noise[2] = {0.,0.};
72     fResponse->GetNoiseParam(noise[0],noise[1]); // retrieves noise parameters
73     fDCS             = new AliITSdcsSSD(seg,resp); 
74
75     SetDriftVelocity(); // use default values in .h file
76     SetIonizeE();       // use default values in .h file
77     SetDiffConst();     // use default values in .h file
78     fMapA2           = new AliITSMapA2(fSegmentation);
79 }
80 //______________________________________________________________________
81 AliITSsimulationSSD& AliITSsimulationSSD::operator=(
82                                                 const AliITSsimulationSSD &s){
83     // Operator =
84
85     if(this==&s) return *this;
86
87     this->fDCS         = new AliITSdcsSSD(*(s.fDCS));
88     this->fMapA2       = s.fMapA2;
89     this->fIonE        = s.fIonE;
90     this->fDifConst[0] = s.fDifConst[0];
91     this->fDifConst[1] = s.fDifConst[1];
92     this->fDriftVel[0] = s.fDriftVel[0];
93     this->fDriftVel[1] = s.fDriftVel[1];
94     return *this;
95 }
96 //______________________________________________________________________
97 AliITSsimulationSSD::AliITSsimulationSSD(const AliITSsimulationSSD &source){
98     // copy constructor
99
100     *this = source;
101 }
102 //______________________________________________________________________
103 AliITSsimulationSSD::~AliITSsimulationSSD() {
104     // destructor
105     delete fMapA2;
106     delete fDCS;
107 }
108 //______________________________________________________________________
109 void AliITSsimulationSSD::DigitiseModule(AliITSmodule *mod,
110                                          Int_t dummy0,Int_t dummy1) {
111     // Digitizes hits for one SSD module
112     Int_t module     = mod->GetIndex();
113     AliITSpList *pList = new AliITSpList(2,GetNStrips());
114
115     HitsToAnalogDigits(mod,pList);
116     SDigitToDigit(module,pList);
117
118     delete pList;
119     fMapA2->ClearMap();
120 }
121 //______________________________________________________________________
122 void AliITSsimulationSSD::SDigitiseModule(AliITSmodule *mod,Int_t dummy0,
123                                           Int_t dummy1) {
124     // Produces Summable/Analog digits and writes them to the SDigit tree.
125     AliITSpList *pList = new AliITSpList(2,GetNStrips()); 
126
127     HitsToAnalogDigits(mod,pList);
128
129     WriteSDigits(pList);
130
131     delete pList;
132     fMapA2->ClearMap();
133 }
134 //______________________________________________________________________
135 void AliITSsimulationSSD::SDigitToDigit(Int_t module,AliITSpList *pList){
136     // Takes the pList and finishes the digitization.
137
138     FillMapFrompList(pList);
139
140     ApplyNoise(pList,module);
141     ApplyCoupling(pList,module);
142
143     ChargeToSignal(pList);
144 }
145 //______________________________________________________________________
146 void AliITSsimulationSSD::HitsToAnalogDigits(AliITSmodule *mod,
147                                              AliITSpList *pList){
148     // Loops over all hits to produce Analog/floating point digits. This
149     // is also the first task in producing standard digits.
150     Int_t indexRange[4] = {0,0,0,0};
151     static Bool_t first = kTRUE;
152     Int_t lasttrack     = -2;
153     Int_t idtrack       = -2;
154     Double_t x0=0.0, y0=0.0, z0=0.0;
155     Double_t x1=0.0, y1=0.0, z1=0.0;
156     Double_t de=0.0;
157     Int_t module = mod->GetIndex();
158
159     TObjArray *hits = mod->GetHits();
160     Int_t nhits     = hits->GetEntriesFast();
161     if (nhits<=0) return;
162
163     module = mod->GetIndex();
164     if ( mod->GetLayer() == 6 ) GetSegmentation()->SetLayer(6);
165     if ( mod->GetLayer() == 5 ) GetSegmentation()->SetLayer(5);
166
167     for(Int_t i=0; i<nhits; i++) {    
168         // LineSegmentL returns 0 if the hit is entering
169         // If hits is exiting returns positions of entering and exiting hits
170         // Returns also energy loss
171
172         if (mod->LineSegmentL(i, x0, x1, y0, y1, z0, z1, de, idtrack)) {
173             HitToDigit(module, x0, y0, z0, x1, y1, z1, de, indexRange, first);
174        
175             if (lasttrack != idtrack || i==(nhits-1)) {
176                 GetList(idtrack,i,module,pList,indexRange);
177                 first=kTRUE;
178             } // end if
179             lasttrack=idtrack;
180         } // end if
181     }  // end loop over hits
182     return;
183 }
184 //----------------------------------------------------------------------
185 void AliITSsimulationSSD::HitToDigit(Int_t module, Double_t x0, Double_t y0, 
186                                      Double_t z0, Double_t x1, Double_t y1, 
187                                      Double_t z1, Double_t de,
188                                      Int_t *indexRange, Bool_t first) {
189     // Turns hits in SSD module into one or more digits.
190
191     Float_t tang[2] = {0.0,0.0};
192     GetSegmentation()->Angles(tang[0], tang[1]);//stereo<<->tan(stereo)~=stereo
193     Double_t x, y, z;
194     Double_t dex=0.0, dey=0.0, dez=0.0;
195     Double_t pairs; // pair generation energy per step.
196     Double_t sigma[2] = {0.,0.};// standard deviation of the diffusion gaussian
197     Double_t tdrift[2] = {0.,0.}; // time of drift
198     Double_t w;
199     Double_t inf[2], sup[2], par0[2];                 
200
201     // Steps in the module are determined "manually" (i.e. No Geant)
202     // NumOfSteps divide path between entering and exiting hits in steps 
203     Int_t numOfSteps = NumOfSteps(x1, y1, z1, dex, dey, dez);
204   
205     // Enery loss is equally distributed among steps
206     de    = de/numOfSteps;
207     pairs = de/GetIonizeE(); // e-h pairs generated
208
209     for(Int_t j=0; j<numOfSteps; j++) {     // stepping
210         x = x0 + (j+0.5)*dex;
211         y = y0 + (j+0.5)*dey;
212         if ( y > (GetSegmentation()->Dy()/2+10)*1.0E-4 ) {
213             // check if particle is within the detector
214             Warning("HitToDigit","hit out of detector y0=%e,y=%e,dey=%e,j =%e",
215                     y0,y,dey,j);
216             return;
217         } // end if
218         z = z0 + (j+0.5)*dez;
219
220         // calculate drift time
221         // y is the minimum path
222         tdrift[0] = (y+(GetSegmentation()->Dy()*1.0E-4)/2)/GetDriftVelocity(0);
223         tdrift[1] = ((GetSegmentation()->Dy()*1.0E-4)/2-y)/GetDriftVelocity(1);
224
225         for(Int_t k=0; k<2; k++) {   // both sides    remember: 0=Pside 1=Nside
226
227             tang[k]=TMath::Tan(tang[k]);
228
229             // w is the coord. perpendicular to the strips
230             if(k==0) {
231                 w = (x+(GetSegmentation()->Dx()*1.0E-4)/2) -
232                     (z+(GetSegmentation()->Dz()*1.0E-4)/2)*tang[k]; 
233             }else{
234                 w = (x+(GetSegmentation()->Dx()*1.0E-4)/2) + 
235                     (z-(GetSegmentation()->Dz()*1.0E-4)/2)*tang[k];
236             } // end if
237             w /= (GetStripPitch()*1.0E-4); // w is converted in units of pitch
238
239             if((w<(-0.5)) || (w>(GetNStrips()-0.5))) {
240                 // this check rejects hits in regions not covered by strips
241                 // 0.5 takes into account boundaries 
242                 return; // There are dead region on the SSD sensitive volume.
243                 /*
244                 if(k==0) Warning("HitToDigit",
245                                  "no strip in this region of P side");
246                 else Warning"HitToDigit","no strip in this region of N side");
247                 return;
248                 */
249             } // end if
250
251             // sigma is the standard deviation of the diffusion gaussian
252             if(tdrift[k]<0) return;
253             sigma[k] = TMath::Sqrt(2*GetDiffConst(k)*tdrift[k]);
254             sigma[k] /= (GetStripPitch()*1.0E-4);  //units of Pitch
255             if(sigma[k]==0.0) {         
256                 Error("HitToDigit"," sigma[%d]=0",k);
257                 exit(0);
258             } // end if
259
260             par0[k] = pairs;
261             // we integrate the diffusion gaussian from -3sigma to 3sigma 
262             inf[k] = w - 3*sigma[k]; // 3 sigma from the gaussian average  
263             sup[k] = w + 3*sigma[k]; // 3 sigma from the gaussian average
264                                      // IntegrateGaussian does the actual
265                                      // integration of diffusion gaussian
266             IntegrateGaussian(k, par0[k], w, sigma[k], inf[k], sup[k], 
267                               indexRange, first);
268         }  // end for loop over side (0=Pside, 1=Nside)      
269     } // end stepping
270     //delete seg;
271 }
272 //______________________________________________________________________
273 void AliITSsimulationSSD::ApplyNoise(AliITSpList *pList,Int_t module){
274     // Apply Noise.
275     Int_t    k,ix;
276     Double_t signal,noise;
277     Double_t noiseP[2] = {0.,0.};
278     Float_t a,b;
279
280     fResponse->GetNoiseParam(a,b); // retrieves noise parameters
281     noiseP[0] = (Double_t) a; noiseP[1] = (Double_t) b;
282     for(k=0;k<2;k++){                    // both sides (0=Pside, 1=Nside)
283         for(ix=0;ix<GetNStrips();ix++){      // loop over strips
284             noise  = gRandom->Gaus(0,noiseP[k]);// get noise to signal
285             signal = noise + fMapA2->GetSignal(k,ix);//get signal from map
286             if(signal<0.) signal=0.0;           // in case noise is negative...
287             fMapA2->SetHit(k,ix,signal); // give back signal to map
288             if(signal>0.0) pList->AddNoise(k,ix,module,noise);
289         } // loop over strip 
290     } // loop over k (P or N side)
291 }
292 //______________________________________________________________________
293 void AliITSsimulationSSD::ApplyCoupling(AliITSpList *pList,Int_t module) {
294     // Apply the effect of electronic coupling between channels
295     Int_t ix;
296     Double_t signalLeft=0, signalRight=0,signal=0;
297
298     for(ix=0;ix<GetNStrips();ix++){
299         // P side coupling
300         if(ix>0.)signalLeft = fMapA2->GetSignal(0,ix-1)*fDCS->GetCouplingPL();
301         else signalLeft = 0.0;
302         if(ix<(GetNStrips()-1)) signalRight = fMapA2->GetSignal(0,ix+1)*
303                                                         fDCS->GetCouplingPR();
304         else signalRight = 0.0;
305         signal = signalLeft + signalRight;
306         fMapA2->AddSignal(0,ix,signal);
307         if(signal>0.0) pList->AddNoise(0,ix,module,signal);
308
309         signalLeft = signalRight = signal = 0.0;
310         // N side coupling
311         if(ix>0.) signalLeft = fMapA2->GetSignal(1,ix-1)*fDCS->GetCouplingNL();
312         else signalLeft = 0.0;
313         if(ix<(GetNStrips()-1)) signalRight = fMapA2->GetSignal(1,ix+1)*
314                                                          fDCS->GetCouplingNR();
315         else signalRight = 0.0;
316         signal = signalLeft + signalRight;
317         fMapA2->AddSignal(1,ix,signal);
318         if(signal>0.0) pList->AddNoise(1,ix,module,signal);
319     } // loop over strips 
320 }
321 //______________________________________________________________________
322 Float_t AliITSsimulationSSD::F(Float_t av, Float_t x, Float_t s) {
323     // Computes the integral of a gaussian using Error Function
324     Float_t sqrt2 = TMath::Sqrt(2.0);
325     Float_t sigm2 = sqrt2*s;
326     Float_t integral;
327
328     integral = 0.5 * TMath::Erf( (x - av) / sigm2);
329     return integral;
330 }
331 //______________________________________________________________________
332 void AliITSsimulationSSD::IntegrateGaussian(Int_t k,Double_t par, Double_t w,
333                                             Double_t sigma, 
334                                             Double_t inf, Double_t sup,
335                                             Int_t *indexRange, Bool_t first) {
336     // integrate the diffusion gaussian
337     // remind: inf and sup are w-3sigma and w+3sigma
338     //         we could define them here instead of passing them
339     //         this way we are free to introduce asimmetry
340
341     Double_t a=0.0, b=0.0;
342     Double_t dXCharge1 = 0.0, dXCharge2 = 0.0;
343     // dXCharge1 and 2 are the charge to two neighbouring strips
344     // Watch that we only involve at least two strips
345     // Numbers greater than 2 of strips in a cluster depend on
346     //  geometry of the track and delta rays, not charge diffusion!   
347   
348     Double_t strip = TMath::Floor(w);         // clostest strip on the left
349
350     if ( TMath::Abs((strip - w)) < 0.5) { 
351         // gaussian mean is closer to strip on the left
352         a = inf;                         // integration starting point
353         if((strip+0.5)<=sup) {
354             // this means that the tail of the gaussian goes beyond
355             // the middle point between strips ---> part of the signal
356             // is given to the strip on the right
357             b = strip + 0.5;               // integration stopping point
358             dXCharge1 = F( w, b, sigma) - F(w, a, sigma);
359             dXCharge2 = F( w, sup, sigma) - F(w ,b, sigma); 
360         }else { 
361             // this means that all the charge is given to the strip on the left
362             b = sup;
363             dXCharge1 = 0.9973;   // gaussian integral at 3 sigmas
364             dXCharge2 = 0.0;
365         } // end if
366
367         dXCharge1 = par * dXCharge1;// normalize by mean of number of carriers
368         dXCharge2 = par * dXCharge2;
369
370         // for the time being, signal is the charge
371         // in ChargeToSignal signal is converted in ADC channel
372         fMapA2->AddSignal(k,(Int_t)strip,dXCharge1);
373         if(((Int_t) strip) < (GetNStrips()-1)) {
374             // strip doesn't have to be the last (remind: last=GetNStrips()-1)
375             // otherwise part of the charge is lost
376             fMapA2->AddSignal(k,((Int_t)strip+1),dXCharge2);
377         } // end if
378     
379         if(dXCharge1 > 1.) {
380             if (first) {
381                 indexRange[k*2+0] = indexRange[k*2+1]=(Int_t) strip;
382                 first=kFALSE;
383             } // end if first
384
385             indexRange[k*2+0]=TMath::Min(indexRange[k*2+0],(Int_t) strip);
386             indexRange[k*2+1]=TMath::Max(indexRange[k*2+1],(Int_t) strip);
387         }      // dXCharge > 1 e-
388
389     }else{
390         // gaussian mean is closer to strip on the right
391         strip++;     // move to strip on the rigth
392         b = sup;     // now you know where to stop integrating
393         if((strip-0.5)>=inf) { 
394             // tail of diffusion gaussian on the left goes left of
395             // middle point between strips
396             a = strip - 0.5;        // integration starting point
397             dXCharge1 = F(w, b, sigma) - F(w, a, sigma);
398             dXCharge2 = F(w, a, sigma) - F(w, inf, sigma);
399         }else {
400             a = inf;
401             dXCharge1 = 0.9973;   // gaussian integral at 3 sigmas
402             dXCharge2 = 0.0;
403         } // end if
404     
405         dXCharge1 = par * dXCharge1;    // normalize by means of carriers
406         dXCharge2 = par * dXCharge2;
407
408         // for the time being, signal is the charge
409         // in ChargeToSignal signal is converted in ADC channel
410         fMapA2->AddSignal(k,(Int_t)strip,dXCharge1);
411         if(((Int_t) strip) > 0) {
412             // strip doesn't have to be the first
413             // otherwise part of the charge is lost
414             fMapA2->AddSignal(k,((Int_t)strip-1),dXCharge2);
415         } // end if
416     
417         if(dXCharge1 > 1.) {
418             if (first) {
419                 indexRange[k*2+0]=indexRange[k*2+1]=(Int_t) strip;
420                 first=kFALSE;
421             } // end if first
422
423             indexRange[k*2+0]=TMath::Min(indexRange[k*2+0],(Int_t) strip);
424             indexRange[k*2+1]=TMath::Max(indexRange[k*2+1],(Int_t) strip);
425         }      // dXCharge > 1 e-
426     } // end if
427 }
428 //______________________________________________________________________
429 Int_t AliITSsimulationSSD::NumOfSteps(Double_t x, Double_t y, Double_t z,
430                                  Double_t & dex,Double_t & dey,Double_t & dez){
431     // number of steps
432     // it also returns steps for each coord
433     //AliITSsegmentationSSD *seg = new AliITSsegmentationSSD();
434
435     Double_t step = 25E-4;
436     //step = (Double_t) seg->GetStepSize();  // step size (cm)
437     Int_t numOfSteps = (Int_t) (TMath::Sqrt(x*x+y*y+z*z)/step); 
438
439     if (numOfSteps < 1) numOfSteps = 1;       // one step, at least
440
441     // we could condition the stepping depending on the incident angle
442     // of the track
443     dex = x/numOfSteps;
444     dey = y/numOfSteps;
445     dez = z/numOfSteps;
446
447     return numOfSteps;
448 }
449 //----------------------------------------------------------------------
450 void AliITSsimulationSSD::GetList(Int_t label,Int_t hit,Int_t mod,
451                                   AliITSpList *pList,Int_t *indexRange) {
452     // loop over nonzero digits
453     Int_t ix,i;
454     Double_t signal=0.;
455
456     for(Int_t k=0; k<2; k++) {
457         for(ix=indexRange[k*2+0];ix<indexRange[k*2+1]+1;ix++){
458 //          if(indexRange[k*2+0]<indexRange[k*2+1]) 
459                 signal = fMapA2->GetSignal(k,ix);
460                 if(signal==0.0) continue;
461                 // check the signal magnitude
462                 for(i=0;i<pList->GetNSignals(k,ix);i++) 
463                     signal -= pList->GetTSignal(k,ix,i);
464                 //  compare the new signal with already existing list
465                 pList->AddSignal(k,ix,label,hit,mod,signal);
466         } // end of loop pixels in x
467     } // end of loop over pixels in z
468 }
469 //----------------------------------------------------------------------
470 void AliITSsimulationSSD::ChargeToSignal(AliITSpList *pList) {
471     // charge to signal
472     static AliITS *aliITS = (AliITS*)gAlice->GetModule("ITS");
473     Float_t threshold = 0.;
474     Int_t   digits[3], tracks[3],hits[3],j1;
475     Float_t charges[3] = {0.0,0.0,0.0};
476     Float_t signal;
477     Float_t noise[2] = {0.,0.};
478
479     ((AliITSresponseSSD*)fResponse)->GetNoiseParam(noise[0],noise[1]);
480
481     for(Int_t k=0;k<2;k++){         // both sides (0=Pside, 1=Nside)
482         // Threshold for zero-suppression
483         // It can be defined in AliITSresponseSSD
484         //             threshold = (Float_t)fResponse->MinVal(k);
485         // I prefer to think adjusting the threshold "manually", looking
486         // at the scope, and considering noise standard deviation
487         threshold = 4.0*noise[k]; // 4 times noise is a choice
488         for(Int_t ix=0;ix<GetNStrips();ix++){     // loop over strips
489             if(fMapA2->GetSignal(k,ix) <= threshold) continue;
490             // convert to ADC signal
491             signal = ((AliITSresponseSSD*)fResponse)->DEvToADC(
492                                                    fMapA2->GetSignal(k,ix));
493             if(signal>1024.) signal = 1024.;//if exceeding, accumulate last one
494             digits[0] = k;
495             digits[1] = ix;
496             digits[2] = (Int_t) signal;
497             for(j1=0;j1<3;j1++){ // only three in digit.
498                 tracks[j1]  = pList->GetTrack(k,ix,j1);
499                 hits[j1]    = pList->GetHit(k,ix,j1);
500             } // end for j1
501             // finally add digit
502             aliITS->AddSimDigit(2,0,digits,tracks,hits,charges);
503         } // end for ix
504     } // end for k
505 }
506 //______________________________________________________________________
507 void AliITSsimulationSSD::WriteSDigits(AliITSpList *pList){
508     // Fills the Summable digits Tree
509     Int_t i,ni,j,nj;
510     static AliITS *aliITS = (AliITS*)gAlice->GetModule("ITS");
511
512     pList->GetMaxMapIndex(ni,nj);
513     for(i=0;i<ni;i++)for(j=0;j<nj;j++){
514         if(pList->GetSignalOnly(i,j)>0.0){
515             aliITS->AddSumDigit(*(pList->GetpListItem(i,j)));
516 //          cout << "pListSSD: " << *(pList->GetpListItem(i,j)) << endl;
517         } // end if
518     } // end for i,j
519     return;
520 }
521 //______________________________________________________________________
522 void AliITSsimulationSSD::FillMapFrompList(AliITSpList *pList){
523     // Fills fMap2A from the pList of Summable digits
524     Int_t k,ix;
525
526     for(k=0;k<2;k++)for(ix=0;ix<GetNStrips();ix++) 
527         fMapA2->AddSignal(k,ix,pList->GetSignal(k,ix));
528     return;
529 }
530 //______________________________________________________________________
531 void AliITSsimulationSSD::Print(ostream *os){
532     //Standard output format for this class
533
534     //AliITSsimulation::Print(os);
535     *os << fIonE <<",";
536     *os << fDifConst[0] <<","<< fDifConst[1] <<",";
537     *os << fDriftVel[0] <<","<< fDriftVel[1];
538     //*os <<","; fDCS->Print(os);
539     //*os <<","; fMapA2->Print(os);
540 }
541 //______________________________________________________________________
542 void AliITSsimulationSSD::Read(istream *is){
543     // Standard output streaming function.
544
545     //AliITSsimulation::Read(is);
546     *is >> fIonE;
547     *is >> fDifConst[0] >> fDifConst[1];
548     *is >> fDriftVel[0] >> fDriftVel[1];
549     //fDCS->Read(is);
550     //fMapA2->Read(is);
551 }
552 //______________________________________________________________________
553 ostream &operator<<(ostream &os,AliITSsimulationSSD &source){
554     // Standard output streaming function.
555
556     source.Print(&os);
557     return os;
558 }
559 //______________________________________________________________________
560 istream &operator>>(istream &os,AliITSsimulationSSD &source){
561     // Standard output streaming function.
562
563     source.Read(&os);
564     return os;
565 }
566 //______________________________________________________________________