PHOS/AliPHOSGeometry.cxx

   1 /**************************************************************************
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   3  *                                                                        *
   4  * Author: The ALICE Off-line Project.                                    *
   5  * Contributors are mentioned in the code where appropriate.              *
   6  *                                                                        *
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   8  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
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  13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14  **************************************************************************/
  15
  16 /* $Id$ */
  17
  18 //_________________________________________________________________________
  19 // Geometry class  for PHOS : singleton
  20 // PHOS consists of the electromagnetic calorimeter (EMCA)
  21 // and a charged particle veto either in the Subatech's version (PPSD)
  22 // or in the IHEP's one (CPV).
  23 // The EMCA/PPSD/CPV modules are parametrized so that any configuration
  24 // can be easily implemented
  25 // The title is used to identify the version of CPV used.
  26 //
  27 //*-- Author: Yves Schutz (SUBATECH) & Dmitri Peressounko (RRC "KI" & SUBATECH)
  28
  29 // --- ROOT system ---
  30
  31 #include "TVector3.h"
  32 #include "TRotation.h"
  33 #include "TParticle.h"
  34
  35 // --- Standard library ---
  36
  37 // --- AliRoot header files ---
  38
  39 #include "AliPHOSGeometry.h"
  40 #include "AliPHOSEMCAGeometry.h"
  41 #include "AliPHOSRecPoint.h"
  42
  43 ClassImp(AliPHOSGeometry) ;
  44
  45 // these initialisations are needed for a singleton
  46 AliPHOSGeometry * AliPHOSGeometry::fgGeom = 0 ;
  47 Bool_t            AliPHOSGeometry::fgInit = kFALSE ;
  48
  49 //____________________________________________________________________________
  50 AliPHOSGeometry::AliPHOSGeometry() {
  51     // default ctor
  52     // must be kept public for root persistency purposes, but should never be called by the outside world
  53     fPHOSAngle      = 0 ;
  54     fGeometryEMCA   = 0 ;
  55     fGeometrySUPP   = 0 ;
  56     fGeometryCPV    = 0 ;
  57     fgGeom          = 0 ;
  58     fRotMatrixArray = 0 ;
  59 }
  60
  61 //____________________________________________________________________________
  62 AliPHOSGeometry::~AliPHOSGeometry(void)
  63 {
  64   // dtor
  65
  66   if (fRotMatrixArray) fRotMatrixArray->Delete() ;
  67   if (fRotMatrixArray) delete fRotMatrixArray ;
  68   if (fPHOSAngle     ) delete[] fPHOSAngle ;
  69 }
  70 //____________________________________________________________________________
  71
  72 void AliPHOSGeometry::Init(void)
  73 {
  74   // Initializes the PHOS parameters :
  75   //  IHEP is the Protvino CPV (cathode pad chambers)
  76
  77   TString test(GetName()) ;
  78   if (test != "IHEP" ) {
  79     Fatal("Init", "%s is not a known geometry (choose among IHEP)", test.Data() ) ;
  80   }
  81
  82   fgInit     = kTRUE ;
  83
  84   fNModules     = 5;
  85   fAngle        = 20;
  86
  87   fGeometryEMCA = new AliPHOSEMCAGeometry();
  88
  89   fGeometryCPV  = new AliPHOSCPVGeometry ();
  90
  91   fGeometrySUPP = new AliPHOSSupportGeometry();
  92
  93   fPHOSAngle = new Float_t[fNModules] ;
  94
  95   Float_t * emcParams = fGeometryEMCA->GetEMCParams() ;
  96
  97   fPHOSParams[0] =  TMath::Max((Double_t)fGeometryCPV->GetCPVBoxSize(0)/2.,
  98                                (Double_t)(emcParams[0]*(fGeometryCPV->GetCPVBoxSize(1)+emcParams[3]) -
  99                                 emcParams[1]* fGeometryCPV->GetCPVBoxSize(1))/emcParams[3] ) ;
 100   fPHOSParams[1] = emcParams[1] ;
 101   fPHOSParams[2] = TMath::Max((Double_t)emcParams[2], (Double_t)fGeometryCPV->GetCPVBoxSize(2)/2.);
 102   fPHOSParams[3] = emcParams[3] + fGeometryCPV->GetCPVBoxSize(1)/2. ;
 103
 104   fIPtoUpperCPVsurface = fGeometryEMCA->GetIPtoOuterCoverDistance() - fGeometryCPV->GetCPVBoxSize(1) ;
 105
 106   Int_t index ;
 107   for ( index = 0; index < fNModules; index++ )
 108     fPHOSAngle[index] = 0.0 ; // Module position angles are set in CreateGeometry()
 109
 110   this->SetPHOSAngles() ;
 111   fRotMatrixArray = new TObjArray(fNModules) ;
 112
 113 }
 114
 115 //____________________________________________________________________________
 116 AliPHOSGeometry *  AliPHOSGeometry::GetInstance()
 117 {
 118   // Returns the pointer of the unique instance; singleton specific
 119
 120   return static_cast<AliPHOSGeometry *>( fgGeom ) ;
 121 }
 122
 123 //____________________________________________________________________________
 124 AliPHOSGeometry *  AliPHOSGeometry::GetInstance(const Text_t* name, const Text_t* title)
 125 {
 126   // Returns the pointer of the unique instance
 127   // Creates it with the specified options (name, title) if it does not exist yet
 128
 129   AliPHOSGeometry * rv = 0  ;
 130   if ( fgGeom == 0 ) {
 131     if ( strcmp(name,"") == 0 )
 132       rv = 0 ;
 133     else {
 134       fgGeom = new AliPHOSGeometry(name, title) ;
 135       if ( fgInit )
 136         rv = (AliPHOSGeometry * ) fgGeom ;
 137       else {
 138         rv = 0 ;
 139         delete fgGeom ;
 140         fgGeom = 0 ;
 141       }
 142     }
 143   }
 144   else {
 145     if ( strcmp(fgGeom->GetName(), name) != 0 )
 146       ::Error("GetInstance", "Current geometry is %s. You cannot call %s", fgGeom->GetName(), name) ;
 147     else
 148       rv = (AliPHOSGeometry *) fgGeom ;
 149   }
 150   return rv ;
 151 }
 152
 153 //____________________________________________________________________________
 154 void AliPHOSGeometry::SetPHOSAngles()
 155 {
 156   // Calculates the position of the PHOS modules in ALICE global coordinate system
 157
 158   Double_t const kRADDEG = 180.0 / TMath::Pi() ;
 159   Float_t pphi =  2 * TMath::ATan( GetOuterBoxSize(0)  / ( 2.0 * GetIPtoUpperCPVsurface() ) ) ;
 160   pphi *= kRADDEG ;
 161   if (pphi > fAngle){
 162     Error("SetPHOSAngles", "PHOS modules overlap!\n pphi = %f fAngle = %f", pphi, fAngle);
 163
 164   }
 165   pphi = fAngle;
 166
 167   for( Int_t i = 1; i <= fNModules ; i++ ) {
 168     Float_t angle = pphi * ( i - fNModules / 2.0 - 0.5 ) ;
 169     fPHOSAngle[i-1] = -  angle ;
 170   }
 171 }
 172
 173 //____________________________________________________________________________
 174 Bool_t AliPHOSGeometry::AbsToRelNumbering(const Int_t AbsId, Int_t * relid) const
 175 {
 176   // Converts the absolute numbering into the following array/
 177   //  relid[0] = PHOS Module number 1:fNModules
 178   //  relid[1] = 0 if PbW04
 179   //           = -1 if CPV
 180   //  relid[2] = Row number inside a PHOS module
 181   //  relid[3] = Column number inside a PHOS module
 182
 183   Bool_t rv  = kTRUE ;
 184   Float_t id = AbsId ;
 185
 186   Int_t phosmodulenumber = (Int_t)TMath:: Ceil( id / GetNCristalsInModule() ) ;
 187
 188   if ( phosmodulenumber >  GetNModules() ) { // it is a CPV pad
 189
 190     id -=  GetNPhi() * GetNZ() *  GetNModules() ;
 191     Float_t nCPV  = GetNumberOfCPVPadsPhi() * GetNumberOfCPVPadsZ() ;
 192     relid[0] = (Int_t) TMath::Ceil( id / nCPV ) ;
 193     relid[1] = -1 ;
 194     id -= ( relid[0] - 1 ) * nCPV ;
 195     relid[2] = (Int_t) TMath::Ceil( id / GetNumberOfCPVPadsZ() ) ;
 196     relid[3] = (Int_t) ( id - ( relid[2] - 1 ) * GetNumberOfCPVPadsZ() ) ;
 197   }
 198   else { // it is a PW04 crystal
 199
 200     relid[0] = phosmodulenumber ;
 201     relid[1] = 0 ;
 202     id -= ( phosmodulenumber - 1 ) *  GetNPhi() * GetNZ() ;
 203     relid[2] = (Int_t)TMath::Ceil( id / GetNZ() )  ;
 204     relid[3] = (Int_t)( id - ( relid[2] - 1 ) * GetNZ() ) ;
 205   }
 206   return rv ;
 207 }
 208
 209 //____________________________________________________________________________
 210 void AliPHOSGeometry::EmcModuleCoverage(const Int_t mod, Double_t & tm, Double_t & tM, Double_t & pm, Double_t & pM, Option_t * opt) const
 211 {
 212   // calculates the angular coverage in theta and phi of one EMC (=PHOS) module
 213
 214  Double_t conv ;
 215   if ( opt == Radian() )
 216     conv = 1. ;
 217   else if ( opt == Degre() )
 218     conv = 180. / TMath::Pi() ;
 219   else {
 220     Warning("EmcModuleCoverage", "%s unknown option; result in radian", opt) ;
 221     conv = 1. ;
 222       }
 223
 224   Float_t phi = GetPHOSAngle(mod) *  (TMath::Pi() / 180.)  ;
 225   Float_t y0  = GetIPtoCrystalSurface() ;
 226   Float_t * strip = fGeometryEMCA->GetStripHalfSize() ;
 227   Float_t x0  = fGeometryEMCA->GetNStripX()*strip[0] ;
 228   Float_t z0  = fGeometryEMCA->GetNStripZ()*strip[2] ;
 229   Double_t angle = TMath::ATan( x0 / y0 ) ;
 230   phi = phi + 1.5 * TMath::Pi() ; // to follow the convention of the particle generator(PHOS is between 220 and 320 deg.)
 231   Double_t max  = phi - angle ;
 232   Double_t min   = phi + angle ;
 233   pM = TMath::Max(max, min) * conv ;
 234   pm = TMath::Min(max, min) * conv ;
 235
 236   angle =  TMath::ATan( z0 /  y0 ) ;
 237   max  = TMath::Pi() / 2.  + angle ; // to follow the convention of the particle generator(PHOS is at 90 deg.)
 238   min  = TMath::Pi() / 2.  - angle ;
 239   tM = TMath::Max(max, min) * conv ;
 240   tm = TMath::Min(max, min) * conv ;
 241
 242 }
 243
 244 //____________________________________________________________________________
 245 void AliPHOSGeometry::EmcXtalCoverage(Double_t & theta, Double_t & phi, Option_t * opt) const
 246 {
 247   // calculates the angular coverage in theta and phi of a single crystal in a EMC(=PHOS) module
 248
 249   Double_t conv ;
 250   if ( opt == Radian() )
 251     conv = 1. ;
 252   else if ( opt == Degre() )
 253     conv = 180. / TMath::Pi() ;
 254   else {
 255     Warning("EmcXtalCoverage", "%s unknown option; result in radian", opt) ;
 256     conv = 1. ;
 257       }
 258
 259   Float_t y0  = GetIPtoCrystalSurface() ;
 260   theta = 2 * TMath::ATan( GetCrystalSize(2) / (2 * y0) ) * conv ;
 261   phi   = 2 * TMath::ATan( GetCrystalSize(0) / (2 * y0) ) * conv ;
 262 }
 263
 264
 265 //____________________________________________________________________________
 266 void AliPHOSGeometry::GetGlobal(const AliRecPoint* RecPoint, TVector3 & gpos, TMatrix & gmat) const
 267 {
 268   // Calculates the coordinates of a RecPoint and the error matrix in the ALICE global coordinate system
 269
 270   AliPHOSRecPoint * tmpPHOS = (AliPHOSRecPoint *) RecPoint ;
 271   TVector3 localposition ;
 272
 273   tmpPHOS->GetLocalPosition(gpos) ;
 274
 275
 276   if ( tmpPHOS->IsEmc() ) // it is a EMC crystal
 277     {  gpos.SetY( - GetIPtoCrystalSurface()) ;
 278
 279     }
 280   else
 281     { // it is a CPV
 282       gpos.SetY(- GetIPtoUpperCPVsurface()  ) ;
 283     }
 284
 285   Float_t phi           = GetPHOSAngle( tmpPHOS->GetPHOSMod()) ;
 286   Double_t const kRADDEG = 180.0 / TMath::Pi() ;
 287   Float_t rphi          = phi / kRADDEG ;
 288
 289   TRotation rot ;
 290   rot.RotateZ(-rphi) ; // a rotation around Z by angle
 291
 292   TRotation dummy = rot.Invert() ;  // to transform from original frame to rotate frame
 293   gpos.Transform(rot) ; // rotate the baby
 294   gmat = 0;             // Not implemented yet
 295
 296 }
 297
 298 //____________________________________________________________________________
 299 void AliPHOSGeometry::GetGlobal(const AliRecPoint* RecPoint, TVector3 & gpos) const
 300 {
 301   // Calculates the coordinates of a RecPoint in the ALICE global coordinate system
 302
 303   AliPHOSRecPoint * tmpPHOS = (AliPHOSRecPoint *) RecPoint ;
 304   TVector3 localposition ;
 305   tmpPHOS->GetLocalPosition(gpos) ;
 306
 307
 308   if ( tmpPHOS->IsEmc() ) // it is a EMC crystal
 309     {  gpos.SetY( - GetIPtoCrystalSurface()  ) ;
 310     }
 311   else
 312     { // it is a CPV
 313           gpos.SetY(- GetIPtoUpperCPVsurface()  ) ;
 314     }
 315
 316   Float_t phi           = GetPHOSAngle( tmpPHOS->GetPHOSMod()) ;
 317   Double_t const kRADDEG = 180.0 / TMath::Pi() ;
 318   Float_t rphi          = phi / kRADDEG ;
 319
 320   TRotation rot ;
 321   rot.RotateZ(-rphi) ; // a rotation around Z by angle
 322
 323   TRotation dummy = rot.Invert() ;  // to transform from original frame to rotate frame
 324   gpos.Transform(rot) ; // rotate the baby
 325 }
 326
 327 //____________________________________________________________________________
 328 void AliPHOSGeometry::ImpactOnEmc(const Double_t theta, const Double_t phi, Int_t & ModuleNumber, Double_t & z, Double_t & x) const
 329 {
 330   // calculates the impact coordinates on PHOS of a neutral particle
 331   // emitted in the direction theta and phi in the ALICE global coordinate system
 332
 333   // searches for the PHOS EMC module
 334   ModuleNumber = 0 ;
 335   Double_t tm, tM, pm, pM ;
 336   Int_t index = 1 ;
 337   while ( ModuleNumber == 0 && index <= GetNModules() ) {
 338     EmcModuleCoverage(index, tm, tM, pm, pM) ;
 339     if ( (theta >= tm && theta <= tM) && (phi >= pm && phi <= pM ) )
 340       ModuleNumber = index ;
 341     index++ ;
 342   }
 343   if ( ModuleNumber != 0 ) {
 344     Float_t phi0 =  GetPHOSAngle(ModuleNumber) *  (TMath::Pi() / 180.) + 1.5 * TMath::Pi()  ;
 345     Float_t y0  =  GetIPtoCrystalSurface()  ;
 346     Double_t angle = phi - phi0;
 347     x = y0 * TMath::Tan(angle) ;
 348     angle = theta - TMath::Pi() / 2 ;
 349     z = y0 * TMath::Tan(angle) ;
 350   }
 351 }
 352
 353 //____________________________________________________________________________
 354 Bool_t  AliPHOSGeometry::Impact(const TParticle * particle) const
 355 {
 356   // Tells if a particle enters PHOS
 357   Bool_t in=kFALSE;
 358   Int_t moduleNumber=0;
 359   Double_t z,x;
 360   ImpactOnEmc(particle->Theta(),particle->Phi(),moduleNumber,z,x);
 361   if(moduleNumber)
 362     in=kTRUE;
 363   else
 364     in=kFALSE;
 365   return in;
 366 }
 367
 368 //____________________________________________________________________________
 369 Bool_t AliPHOSGeometry::RelToAbsNumbering(const Int_t * relid, Int_t &  AbsId) const
 370 {
 371   // Converts the relative numbering into the absolute numbering
 372   // EMCA crystals:
 373   //  AbsId = from 1 to fNModules * fNPhi * fNZ
 374   // CPV pad:
 375   //  AbsId = from N(total PHOS crystals) + 1
 376   //          to NCPVModules * fNumberOfCPVPadsPhi * fNumberOfCPVPadsZ
 377
 378   Bool_t rv = kTRUE ;
 379
 380   if ( relid[1] ==  0 ) {                            // it is a Phos crystal
 381     AbsId =
 382       ( relid[0] - 1 ) * GetNPhi() * GetNZ()         // the offset of PHOS modules
 383       + ( relid[2] - 1 ) * GetNZ()                   // the offset along phi
 384       +   relid[3] ;                                 // the offset along z
 385   }
 386   else { // it is a CPV pad
 387     AbsId =    GetNPhi() * GetNZ() *  GetNModules()         // the offset to separate EMCA crystals from CPV pads
 388       + ( relid[0] - 1 ) * GetNumberOfCPVPadsPhi() * GetNumberOfCPVPadsZ()   // the pads offset of PHOS modules
 389       + ( relid[2] - 1 ) * GetNumberOfCPVPadsZ()                             // the pads offset of a CPV row
 390       +   relid[3] ;                                                         // the column number
 391   }
 392
 393   return rv ;
 394 }
 395
 396 //____________________________________________________________________________
 397
 398 void AliPHOSGeometry::RelPosInAlice(const Int_t id, TVector3 & pos ) const
 399 {
 400   // Converts the absolute numbering into the global ALICE coordinate system
 401
 402
 403     Int_t relid[4] ;
 404
 405     AbsToRelNumbering(id , relid) ;
 406
 407     Int_t phosmodule = relid[0] ;
 408
 409     Float_t y0 = 0 ;
 410
 411     if ( relid[1] == 0 )  // it is a PbW04 crystal
 412       y0 =  - GetIPtoCrystalSurface() ;
 413     else
 414       y0 =  - GetIPtoUpperCPVsurface() ;
 415
 416     Float_t x, z ;
 417     RelPosInModule(relid, x, z) ;
 418
 419     pos.SetX(x) ;
 420     pos.SetZ(z) ;
 421     pos.SetY(y0) ;
 422
 423     Float_t phi           = GetPHOSAngle( phosmodule) ;
 424     Double_t const kRADDEG = 180.0 / TMath::Pi() ;
 425     Float_t rphi          = phi / kRADDEG ;
 426
 427     TRotation rot ;
 428     rot.RotateZ(-rphi) ; // a rotation around Z by angle
 429
 430     TRotation dummy = rot.Invert() ;  // to transform from original frame to rotate frame
 431
 432     pos.Transform(rot) ; // rotate the baby
 433 }
 434
 435 //____________________________________________________________________________
 436 void AliPHOSGeometry::RelPosInModule(const Int_t * relid, Float_t & x, Float_t & z) const
 437 {
 438   // Converts the relative numbering into the local PHOS-module (x, z) coordinates
 439   // Note: sign of z differs from that in the previous version (Yu.Kharlov, 12 Oct 2000)
 440
 441   Int_t row        = relid[2] ; //offset along x axis
 442   Int_t column     = relid[3] ; //offset along z axis
 443
 444
 445   if ( relid[1] == 0 ) { // its a PbW04 crystal
 446     x = - ( GetNPhi()/2. - row    + 0.5 ) *  GetCellStep() ; // position of Xtal with respect
 447     z =   ( GetNZ()  /2. - column + 0.5 ) *  GetCellStep() ; // of center of PHOS module
 448   }
 449   else  {
 450     x = - ( GetNumberOfCPVPadsPhi()/2. - row    - 0.5 ) * GetPadSizePhi()  ; // position of pad  with respect
 451     z =   ( GetNumberOfCPVPadsZ()  /2. - column - 0.5 ) * GetPadSizeZ()  ; // of center of PHOS module
 452   }
 453 }