f7d6713bbb7ab7f35488833a5bf56812d01f96f0
[u/mrichter/AliRoot.git] / 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          = 11.8; 
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 }