EMCAL/AliEMCALGeometry.cxx

   1 /**************************************************************************
   2  * Copyright(c) 1998-1999, ALICE Experiment at CERN, All rights reserved. *
   3  *                                                                        *
   4  * Author: The ALICE Off-line Project.                                    *
   5  * Contributors are mentioned in the code where appropriate.              *
   6  *                                                                        *
   7  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and its   *
   8  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
   9  * without fee, provided that the above copyright notice appears in all   *
  10  * copies and that both the copyright notice and this permission notice   *
  11  * appear in the supporting documentation. The authors make no claims     *
  12  * about the suitability of this software for any purpose. It is          *
  13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14  **************************************************************************/
  15
  16 /* $Id$*/
  17
  18 //_________________________________________________________________________
  19 // Geometry class  for EMCAL : singleton
  20 // EMCAL consists of layers of scintillator and lead
  21 // Places the the Barrel Geometry of The EMCAL at Midrapidity
  22 // between 0 and 120 degrees of Phi and
  23 // -0.7 to 0.7 in eta
  24 // Number of Modules and Layers may be controlled by
  25 // the name of the instance defined
  26 //*-- Author: Sahal Yacoob (LBL / UCT)
  27 //     and  : Yves Schutz (SUBATECH)
  28 //     and  : Jennifer Klay (LBL)
  29
  30 // --- AliRoot header files ---
  31 #include <TMath.h>
  32 #include <TVector3.h>
  33
  34 // -- ALICE Headers.
  35 //#include "AliConst.h"
  36
  37 // --- EMCAL headers
  38 #include "AliEMCALGeometry.h"
  39
  40 ClassImp(AliEMCALGeometry);
  41
  42 AliEMCALGeometry *AliEMCALGeometry::fgGeom = 0;
  43 Bool_t            AliEMCALGeometry::fgInit = kFALSE;
  44
  45 //______________________________________________________________________
  46 AliEMCALGeometry::~AliEMCALGeometry(void){
  47     // dtor
  48 }
  49
  50 //______________________________________________________________________
  51 Bool_t AliEMCALGeometry::AreInSameTower(Int_t id1, Int_t id2) const {
  52   // Find out whether two hits are in the same tower
  53   Int_t idmax = TMath::Max(id1, id2) ;
  54   Int_t idmin = TMath::Min(id1, id2) ;
  55   if ( ((idmax - GetNZ() * GetNPhi()) == idmin ) ||
  56        ((idmax - 2 * GetNZ() * GetNPhi()) == idmin ) )
  57     return kTRUE ;
  58   else
  59     return kFALSE ;
  60 }
  61
  62 //______________________________________________________________________
  63 void AliEMCALGeometry::Init(void){
  64   // Initializes the EMCAL parameters
  65   // naming convention : GUV_WX_N_ gives the composition of a tower
  66   // WX inform about the composition of the EM calorimeter section:
  67   //   thickness in mm of Pb radiator (W) and of scintillator (X), and number of scintillator layers (N)
  68   // New geometry: EMCAL_55_25
  69
  70   fgInit = kFALSE; // Assume failed until proven otherwise.
  71   TString name(GetName()) ;
  72   if (name == "EMCAL_55_25") {
  73     fECPbRadThickness  = 0.5;  // cm, Thickness of the Pb radiators
  74     fECScintThick      = 0.5;  // cm, Thickness of the scintillator
  75     fNECLayers         = 25;   // number of scintillator layers
  76
  77     fSampling          = 13.1;  // calculated with Birk's law implementation
  78
  79     fAlFrontThick      = 3.5;  // cm, Thickness of front Al layer
  80     fGap2Active        = 1.0;  // cm, Gap between Al and 1st Scintillator
  81   }
  82   else if( name == "G56_2_55_19" || name == "EMCAL_5655_21" || name == "G56_2_55_19_104_14"|| name == "G65_2_64_19" || name == "EMCAL_6564_21"){
  83     Fatal("Init", "%s is an old geometry! Please update your Config file", name.Data()) ;
  84   }
  85   else
  86     Fatal("Init", "%s is an undefined geometry!", name.Data()) ;
  87
  88   // geometry
  89   fNZ             = 114;        // granularity along Z (eta)
  90   fNPhi           = 168;        // granularity in phi (azimuth)
  91   fArm1PhiMin     = 60.0;       // degrees, Starting EMCAL Phi position
  92   fArm1PhiMax     = 180.0;      // degrees, Ending EMCAL Phi position
  93   fArm1EtaMin     = -0.7;       // pseudorapidity, Starting EMCAL Eta position
  94   fArm1EtaMax     = +0.7;       // pseudorapidity, Ending EMCAL Eta position
  95
  96   fIPDistance     = 454.0; // cm, Radial distance to inner surface of EMCAL
  97
  98   //There is always one more scintillator than radiator layer because of the first block of aluminium
  99   fShellThickness = fAlFrontThick + fGap2Active + fNECLayers*GetECScintThick()+(fNECLayers-1)*GetECPbRadThick();
 100
 101   fZLength        = 2.*ZFromEtaR(fIPDistance+fShellThickness,fArm1EtaMax); // Z coverage
 102   fEnvelop[0]     = fIPDistance; // mother volume inner radius
 103   fEnvelop[1]     = fIPDistance + fShellThickness; // mother volume outer r.
 104   fEnvelop[2]     = 1.00001*fZLength; // add some padding for mother volume.
 105
 106   fgInit = kTRUE;
 107
 108   if (gDebug) {
 109     printf("Init: geometry of EMCAL named %s is as follows:", name.Data());
 110     printf( "               ECAL      : %d x (%f mm Pb, %f mm Sc) \n", GetNECLayers(), GetECPbRadThick(), GetECScintThick() ) ;
 111     printf("Granularity: %d in eta and %d in phi\n", GetNZ(), GetNPhi()) ;
 112     printf("Layout: phi = (%f, %f), eta = (%f, %f), y = %f\n",
 113            GetArm1PhiMin(), GetArm1PhiMax(),GetArm1EtaMin(), GetArm1EtaMax(), GetIPDistance() ) ;
 114   }
 115 }
 116
 117 //______________________________________________________________________
 118 AliEMCALGeometry *  AliEMCALGeometry::GetInstance(){
 119   // Returns the pointer of the unique instance
 120
 121   return static_cast<AliEMCALGeometry *>( fgGeom ) ;
 122 }
 123
 124 //______________________________________________________________________
 125 AliEMCALGeometry* AliEMCALGeometry::GetInstance(const Text_t* name,
 126                                                 const Text_t* title){
 127     // Returns the pointer of the unique instance
 128
 129     AliEMCALGeometry * rv = 0;
 130     if ( fgGeom == 0 ) {
 131         if ( strcmp(name,"") == 0 ) rv = 0;
 132         else {
 133             fgGeom = new AliEMCALGeometry(name, title);
 134             if ( fgInit ) rv = (AliEMCALGeometry * ) fgGeom;
 135             else {
 136                 rv = 0;
 137                 delete fgGeom;
 138                 fgGeom = 0;
 139             } // end if fgInit
 140         } // end if strcmp(name,"")
 141     }else{
 142         if ( strcmp(fgGeom->GetName(), name) != 0 ) {
 143           printf("\ncurrent geometry is ") ;
 144           printf(fgGeom->GetName());
 145           printf("\n                      you cannot call     ");
 146           printf(name);
 147         }else{
 148           rv = (AliEMCALGeometry *) fgGeom;
 149         } // end if
 150     }  // end if fgGeom
 151     return rv;
 152 }
 153
 154 //______________________________________________________________________
 155 Int_t AliEMCALGeometry::TowerIndex(Int_t ieta,Int_t iphi) const {
 156   // Returns the tower index number from the based on the Z and Phi
 157   // index numbers.
 158   // Inputs:
 159   //   Int_t ieta    // index along z axis [1-fNZ]
 160   //   Int_t iphi  // index along phi axis [1-fNPhi]
 161   // Outputs:
 162   //   none.
 163   // Returned
 164   //   Int_t index // Tower index number
 165
 166   if ( (ieta <= 0 || ieta>GetNEta()) ||
 167        (iphi <= 0 || iphi>GetNPhi())) {
 168     Error("TowerIndex", "Unexpected parameters eta = %d phi = %d!", ieta, iphi) ;
 169     return -1;
 170   }
 171   return ( (iphi - 1)*GetNEta() + ieta );
 172 }
 173
 174 //______________________________________________________________________
 175 void AliEMCALGeometry::TowerIndexes(Int_t index,Int_t &ieta,Int_t &iphi) const {
 176   // Inputs:
 177   //   Int_t index // Tower index number [1-fNZ*fNPhi]
 178   // Outputs:
 179   //   Int_t ieta    // index allong z axis [1-fNZ]
 180   //   Int_t iphi  // index allong phi axis [1-fNPhi]
 181   // Returned
 182   //   none.
 183
 184   Int_t nindex = 0;
 185
 186   if ( IsInECA(index) ) { // ECAL index
 187     nindex = index ;
 188   }
 189   else {
 190     Error("TowerIndexes", "Unexpected Id number!") ;
 191     ieta = -1;
 192     iphi = -1;
 193     return;
 194   }
 195
 196   if (nindex%GetNZ())
 197     iphi = nindex / GetNZ() + 1 ;
 198   else
 199     iphi = nindex / GetNZ() ;
 200   ieta = nindex - (iphi - 1) * GetNZ() ;
 201
 202   if (gDebug==2)
 203     printf("TowerIndexes: index=%d,%d, ieta=%d, iphi = %d", index, nindex,ieta, iphi) ;
 204   return;
 205
 206 }
 207
 208 //______________________________________________________________________
 209 void AliEMCALGeometry::EtaPhiFromIndex(Int_t index,Float_t &eta,Float_t &phi) const {
 210     // given the tower index number it returns the based on the eta and phi
 211     // of the tower.
 212     // Inputs:
 213     //   Int_t index // Tower index number [1-fNZ*fNPhi]
 214     // Outputs:
 215     //   Float_t eta  // eta of center of tower in pseudorapidity
 216     //   Float_t phi  // phi of center of tower in degrees
 217     // Returned
 218     //   none.
 219     Int_t ieta, iphi;
 220     Float_t deta, dphi ;
 221
 222     TowerIndexes(index,ieta,iphi);
 223
 224     if (gDebug == 2)
 225       printf("EtaPhiFromIndex: index = %d, ieta = %d, iphi = %d", index, ieta, iphi) ;
 226
 227     deta = (GetArm1EtaMax()-GetArm1EtaMin())/(static_cast<Float_t>(GetNEta()));
 228     eta  = GetArm1EtaMin() + ((static_cast<Float_t>(ieta) - 0.5 ))*deta;
 229
 230     dphi = (GetArm1PhiMax() - GetArm1PhiMin())/(static_cast<Float_t>(GetNPhi()));  // in degrees.
 231     phi  = GetArm1PhiMin() + dphi*(static_cast<Float_t>(iphi) - 0.5);//iphi range [1-fNphi].
 232 }
 233
 234 //______________________________________________________________________
 235 Int_t AliEMCALGeometry::TowerIndexFromEtaPhi(Float_t eta,Float_t phi) const {
 236     // returns the tower index number based on the eta and phi of the tower.
 237     // Inputs:
 238     //   Float_t eta  // eta of center of tower in pseudorapidity
 239     //   Float_t phi  // phi of center of tower in degrees
 240     // Outputs:
 241     //   none.
 242     // Returned
 243     //   Int_t index // Tower index number [1-fNZ*fNPhi]
 244
 245     Int_t ieta,iphi;
 246
 247     ieta = static_cast<Int_t> ( 1 + (static_cast<Float_t>(GetNEta()) * (eta - GetArm1EtaMin()) / (GetArm1EtaMax() - GetArm1EtaMin())) ) ;
 248
 249     if( ieta <= 0 || ieta > GetNEta() ) {
 250       Error("TowerIndexFromEtaPhi", "Unexpected (eta, phi) = (%f, %f) value, outside of EMCAL!", eta, phi) ;
 251       return -1 ;
 252     }
 253
 254     iphi = static_cast<Int_t> ( 1 + (static_cast<Float_t>(GetNPhi()) * (phi - GetArm1PhiMin()) / (GetArm1PhiMax() - GetArm1PhiMin())) ) ;
 255
 256     if( iphi <= 0 || iphi > GetNPhi() ) {
 257       Error("TowerIndexFromEtaPhi", "Unexpected (eta, phi) = (%f, %f) value, outside of EMCAL!", eta, phi) ;
 258       return -1 ;
 259     }
 260
 261     return TowerIndex(ieta,iphi);
 262 }
 263
 264 //______________________________________________________________________
 265 Bool_t AliEMCALGeometry::AbsToRelNumbering(Int_t AbsId, Int_t *relid) const {
 266     // Converts the absolute numbering into the following array/
 267     //  relid[0] = Row number inside EMCAL
 268     //  relid[1] = Column number inside EMCAL
 269     // Input:
 270     //   Int_t AbsId // Tower index number [1-2*fNZ*fNPhi]
 271     // Outputs:
 272     //   Int_t *relid // array of 2. Described above.
 273     Bool_t rv  = kTRUE ;
 274     Int_t ieta=0,iphi=0,index=AbsId;
 275
 276     TowerIndexes(index,ieta,iphi);
 277     relid[0] = ieta;
 278     relid[1] = iphi;
 279
 280     return rv;
 281 }
 282
 283 //______________________________________________________________________
 284 void AliEMCALGeometry::PosInAlice(const Int_t *relid, Float_t &theta, Float_t &phi) const
 285 {
 286   // Converts the relative numbering into the local EMCAL-module (x, z)
 287   // coordinates
 288   Int_t ieta = relid[0]; // offset along x axis
 289   Int_t iphi = relid[1]; // offset along z axis
 290   Int_t index;
 291   Float_t eta;
 292
 293   index = TowerIndex(ieta,iphi);
 294   EtaPhiFromIndex(index,eta,phi);
 295   //theta = 180.*(2.0*TMath::ATan(TMath::Exp(-eta)))/TMath::Pi();
 296   theta = 2.0*TMath::ATan(TMath::Exp(-eta));
 297
 298   // correct for distance to IP
 299   Float_t d = GetIP2ECASection() - GetIPDistance() ;
 300
 301   Float_t correction = 1 + d/GetIPDistance() ;
 302   Float_t tantheta = TMath::Tan(theta) * correction ;
 303   theta = TMath::ATan(tantheta) * TMath::RadToDeg() ;
 304   if (theta < 0 )
 305     theta += 180. ;
 306
 307   return;
 308 }
 309
 310 //______________________________________________________________________
 311 void AliEMCALGeometry::PosInAlice(Int_t absid, Float_t &theta, Float_t &phi) const
 312 {
 313   // Converts the relative numbering into the local EMCAL-module (x, z)
 314   // coordinates
 315   Int_t relid[2] ;
 316   AbsToRelNumbering(absid, relid) ;
 317   Int_t ieta = relid[0]; // offset along x axis
 318   Int_t iphi = relid[1]; // offset along z axis
 319   Int_t index;
 320   Float_t eta;
 321
 322   index = TowerIndex(ieta,iphi);
 323   EtaPhiFromIndex(index,eta,phi);
 324   theta = 2.0*TMath::ATan(TMath::Exp(-eta)) ;
 325
 326   // correct for distance to IP
 327   Float_t d = 0. ;
 328   if (IsInECA(absid))
 329     d = GetIP2ECASection() - GetIPDistance() ;
 330   else {
 331     Error("PosInAlice", "Unexpected id # %d!", absid) ;
 332     return;
 333   }
 334
 335   Float_t correction = 1 + d/GetIPDistance() ;
 336   Float_t tantheta = TMath::Tan(theta) * correction ;
 337   theta = TMath::ATan(tantheta) * TMath::RadToDeg() ;
 338   if (theta < 0 )
 339     theta += 180. ;
 340
 341   return;
 342 }
 343
 344 //______________________________________________________________________
 345 void AliEMCALGeometry::XYZFromIndex(const Int_t *relid,Float_t &x,Float_t &y, Float_t &z) const {
 346     // given the tower relative number it returns the X, Y and Z
 347     // of the tower.
 348
 349     // Outputs:
 350     //   Float_t x  // x of center of tower in cm
 351     //   Float_t y  // y of center of tower in cm
 352     //   Float_t z  // z of centre of tower in cm
 353     // Returned
 354     //   none.
 355
 356     Float_t eta,theta, phi,cylradius=0. ;
 357
 358     Int_t ieta = relid[0]; // offset along x axis
 359     Int_t iphi = relid[1]; // offset along z axis.
 360     Int_t index;
 361
 362     index = TowerIndex(ieta,iphi);
 363     EtaPhiFromIndex(index,eta,phi);
 364     theta = 180.*(2.0*TMath::ATan(TMath::Exp(-eta)))/TMath::Pi();
 365
 366     cylradius = GetIP2ECASection() ;
 367
 368     Double_t  kDeg2Rad = TMath::DegToRad() ;
 369     x =  cylradius * TMath::Cos(phi * kDeg2Rad ) ;
 370     y =  cylradius * TMath::Sin(phi * kDeg2Rad ) ;
 371     z =  cylradius / TMath::Tan(theta * kDeg2Rad ) ;
 372
 373  return;
 374 }
 375
 376 //______________________________________________________________________
 377 void AliEMCALGeometry::XYZFromIndex(Int_t absid,  TVector3 &v) const {
 378     // given the tower relative number it returns the X, Y and Z
 379     // of the tower.
 380
 381     // Outputs:
 382     //   Float_t x  // x of center of tower in cm
 383     //   Float_t y  // y of center of tower in cm
 384     //   Float_t z  // z of centre of tower in cm
 385     // Returned
 386     //   none.
 387
 388     Float_t theta, phi,cylradius=0. ;
 389
 390     PosInAlice(absid, theta, phi) ;
 391
 392     if ( IsInECA(absid) )
 393       cylradius = GetIP2ECASection() ;
 394     else {
 395       Error("XYZFromIndex", "Unexpected Tower section") ;
 396       return;
 397     }
 398
 399     Double_t  kDeg2Rad = TMath::DegToRad() ;
 400     v.SetX(cylradius * TMath::Cos(phi * kDeg2Rad ) );
 401     v.SetY(cylradius * TMath::Sin(phi * kDeg2Rad ) );
 402     v.SetZ(cylradius / TMath::Tan(theta * kDeg2Rad ) ) ;
 403
 404  return;
 405 }
 406
 407 Bool_t AliEMCALGeometry::IsInEMCAL(Double_t x, Double_t y, Double_t z) const {
 408   // Checks whether point is inside the EMCal volume
 409   //
 410   // Code uses cylindrical approximation made of inner radius (for speed)
 411   //
 412   // Points behind EMCAl, i.e. R > outer radius, but eta, phi in acceptance
 413   // are considered to inside
 414
 415   Double_t r=sqrt(x*x+y*y);
 416
 417   if ( r > fEnvelop[0] ) {
 418      Double_t theta;
 419      theta  =    TMath::ATan2(r,z);
 420      Double_t eta;
 421      if(theta == 0)
 422        eta = 9999;
 423      else
 424        eta    =   -TMath::Log(TMath::Tan(theta/2.));
 425      if (eta < fArm1EtaMin || eta > fArm1EtaMax)
 426        return 0;
 427
 428      Double_t phi = TMath::ATan2(y,x) * 180./TMath::Pi();
 429      if (phi > fArm1PhiMin && phi < fArm1PhiMax)
 430        return 1;
 431   }
 432   return 0;
 433 }