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.              *
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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 "TFolder.h"
  34 #include "TROOT.h"
  35
  36 // --- Standard library ---
  37
  38 #include <stdlib.h>
  39
  40 // --- AliRoot header files ---
  41
  42 #include "AliPHOSGeometry.h"
  43 #include "AliPHOSEMCAGeometry.h"
  44 #include "AliPHOSRecPoint.h"
  45 #include "AliConst.h"
  46
  47 ClassImp(AliPHOSGeometry) ;
  48
  49 // these initialisations are needed for a singleton
  50 AliPHOSGeometry * AliPHOSGeometry::fgGeom = 0 ;
  51 Bool_t            AliPHOSGeometry::fgInit = kFALSE ;
  52
  53 //____________________________________________________________________________
  54 AliPHOSGeometry::AliPHOSGeometry(void)
  55 {
  56   // default ctor
  57   // must be kept public for root persistency purposes,
  58   // but should never be called by the outside world
  59   fPHOSAngle      = 0 ;
  60   fGeometryEMCA   = 0;
  61   fGeometrySUPP   = 0;
  62   fGeometryCPV    = 0;
  63   fgGeom          = 0;
  64   fRotMatrixArray = 0;
  65 }
  66 //____________________________________________________________________________
  67 AliPHOSGeometry::~AliPHOSGeometry(void)
  68 {
  69   // dtor
  70
  71   if (fRotMatrixArray) fRotMatrixArray->Delete() ;
  72   if (fRotMatrixArray) delete fRotMatrixArray ;
  73   if (fPHOSAngle     ) delete[] fPHOSAngle ;
  74 }
  75 //____________________________________________________________________________
  76
  77 void AliPHOSGeometry::Init(void)
  78 {
  79   // Initializes the PHOS parameters :
  80   //  IHEP is the Protvino CPV (cathode pad chambers)
  81   //  GPS2 is the Subatech Pre-Shower (two micromegas sandwiching a passive lead converter)
  82   //  MIXT 4 PHOS modules withe the IHEP CPV and one PHOS module with the Subatech Pre-Shower
  83
  84   TString test(GetName()) ;
  85   if (test != "IHEP" && test != "GPS2" && test != "MIXT") {
  86     Fatal("Init", "%s is not a known geometry (choose among IHEP, GPS2 and MIXT)", test.Data() ) ;
  87   }
  88
  89   fgInit     = kTRUE ;
  90
  91   fNModules     = 5;
  92   fAngle        = 20;
  93
  94   fGeometryEMCA = new AliPHOSEMCAGeometry();
  95
  96   fGeometryCPV  = new AliPHOSCPVGeometry ();
  97
  98   fGeometrySUPP = new AliPHOSSupportGeometry();
  99
 100   fPHOSAngle = new Float_t[fNModules] ;
 101
 102   Float_t * emcParams = fGeometryEMCA->GetEMCParams() ;
 103
 104   fPHOSParams[0] =  TMath::Max((Double_t)fGeometryCPV->GetCPVBoxSize(0)/2.,
 105                                (Double_t)(emcParams[0]*(fGeometryCPV->GetCPVBoxSize(1)+emcParams[3]) -
 106                                 emcParams[1]* fGeometryCPV->GetCPVBoxSize(1))/emcParams[3] ) ;
 107   fPHOSParams[1] = emcParams[1] ;
 108   fPHOSParams[2] = TMath::Max((Double_t)emcParams[2], (Double_t)fGeometryCPV->GetCPVBoxSize(2)/2.);
 109   fPHOSParams[3] = emcParams[3] + fGeometryCPV->GetCPVBoxSize(1)/2. ;
 110
 111   fIPtoUpperCPVsurface = fGeometryEMCA->GetIPtoOuterCoverDistance() - fGeometryCPV->GetCPVBoxSize(1) ;
 112
 113   Int_t index ;
 114   for ( index = 0; index < fNModules; index++ )
 115     fPHOSAngle[index] = 0.0 ; // Module position angles are set in CreateGeometry()
 116
 117   this->SetPHOSAngles() ;
 118   fRotMatrixArray = new TObjArray(fNModules) ;
 119
 120 }
 121
 122 //____________________________________________________________________________
 123 AliPHOSGeometry *  AliPHOSGeometry::GetInstance()
 124 {
 125   // Returns the pointer of the unique instance; singleton specific
 126
 127   return static_cast<AliPHOSGeometry *>( fgGeom ) ;
 128 }
 129
 130 //____________________________________________________________________________
 131 AliPHOSGeometry *  AliPHOSGeometry::GetInstance(const Text_t* name, const Text_t* title)
 132 {
 133   // Returns the pointer of the unique instance
 134   // Creates it with the specified options (name, title) if it does not exist yet
 135
 136   AliPHOSGeometry * rv = 0  ;
 137   if ( fgGeom == 0 ) {
 138     if ( strcmp(name,"") == 0 )
 139       rv = 0 ;
 140     else {
 141       fgGeom = new AliPHOSGeometry(name, title) ;
 142       if ( fgInit )
 143         rv = (AliPHOSGeometry * ) fgGeom ;
 144       else {
 145         rv = 0 ;
 146         delete fgGeom ;
 147         fgGeom = 0 ;
 148       }
 149     }
 150   }
 151   else {
 152     if ( strcmp(fgGeom->GetName(), name) != 0 )
 153       ::Error("GetInstance", "Current geometry is %s. You cannot call %s", fgGeom->GetName(), name) ;
 154     else
 155       rv = (AliPHOSGeometry *) fgGeom ;
 156   }
 157   return rv ;
 158 }
 159
 160 //____________________________________________________________________________
 161 void AliPHOSGeometry::SetPHOSAngles()
 162 {
 163   // Calculates the position of the PHOS modules in ALICE global coordinate system
 164
 165   Double_t const kRADDEG = 180.0 / kPI ;
 166   Float_t pphi =  2 * TMath::ATan( GetOuterBoxSize(0)  / ( 2.0 * GetIPtoUpperCPVsurface() ) ) ;
 167   pphi *= kRADDEG ;
 168   if (pphi > fAngle){
 169     Error("SetPHOSAngles", "PHOS modules overlap!\n pphi = %f fAngle = %f", pphi, fAngle);
 170
 171   }
 172   pphi = fAngle;
 173
 174   for( Int_t i = 1; i <= fNModules ; i++ ) {
 175     Float_t angle = pphi * ( i - fNModules / 2.0 - 0.5 ) ;
 176     fPHOSAngle[i-1] = -  angle ;
 177   }
 178 }
 179
 180 //____________________________________________________________________________
 181 Bool_t AliPHOSGeometry::AbsToRelNumbering(const Int_t AbsId, Int_t * relid) const
 182 {
 183   // Converts the absolute numbering into the following array/
 184   //  relid[0] = PHOS Module number 1:fNModules
 185   //  relid[1] = 0 if PbW04
 186   //           = -1 if CPV
 187   //  relid[2] = Row number inside a PHOS module
 188   //  relid[3] = Column number inside a PHOS module
 189
 190   Bool_t rv  = kTRUE ;
 191   Float_t id = AbsId ;
 192
 193   Int_t phosmodulenumber = (Int_t)TMath:: Ceil( id / GetNCristalsInModule() ) ;
 194
 195   if ( phosmodulenumber >  GetNModules() ) { // it is a CPV pad
 196
 197     id -=  GetNPhi() * GetNZ() *  GetNModules() ;
 198     Float_t nCPV  = GetNumberOfCPVPadsPhi() * GetNumberOfCPVPadsZ() ;
 199     relid[0] = (Int_t) TMath::Ceil( id / nCPV ) ;
 200     relid[1] = -1 ;
 201     id -= ( relid[0] - 1 ) * nCPV ;
 202     relid[2] = (Int_t) TMath::Ceil( id / GetNumberOfCPVPadsZ() ) ;
 203     relid[3] = (Int_t) ( id - ( relid[2] - 1 ) * GetNumberOfCPVPadsZ() ) ;
 204   }
 205   else { // it is a PW04 crystal
 206
 207     relid[0] = phosmodulenumber ;
 208     relid[1] = 0 ;
 209     id -= ( phosmodulenumber - 1 ) *  GetNPhi() * GetNZ() ;
 210     relid[2] = (Int_t)TMath::Ceil( id / GetNZ() )  ;
 211     relid[3] = (Int_t)( id - ( relid[2] - 1 ) * GetNZ() ) ;
 212   }
 213   return rv ;
 214 }
 215
 216 //____________________________________________________________________________
 217 void AliPHOSGeometry::EmcModuleCoverage(const Int_t mod, Double_t & tm, Double_t & tM, Double_t & pm, Double_t & pM, Option_t * opt) const
 218 {
 219   // calculates the angular coverage in theta and phi of one EMC (=PHOS) module
 220
 221  Double_t conv ;
 222   if ( opt == Radian() )
 223     conv = 1. ;
 224   else if ( opt == Degre() )
 225     conv = 180. / TMath::Pi() ;
 226   else {
 227     Warning("EmcModuleCoverage", "%s unknown option; result in radian", opt) ;
 228     conv = 1. ;
 229       }
 230
 231   Float_t phi = GetPHOSAngle(mod) *  (TMath::Pi() / 180.)  ;
 232   Float_t y0  = GetIPtoCrystalSurface() ;
 233   Float_t x0  = GetCellStep()*GetNPhi() ;
 234   Float_t z0  = GetCellStep()*GetNZ();
 235   Double_t angle = TMath::ATan( x0 / y0 / 2 ) ;
 236   phi = phi + 1.5 * TMath::Pi() ; // to follow the convention of the particle generator(PHOS is between 220 and 320 deg.)
 237   Double_t max  = phi - angle ;
 238   Double_t min   = phi + angle ;
 239   pM = TMath::Max(max, min) * conv ;
 240   pm = TMath::Min(max, min) * conv ;
 241
 242   angle =  TMath::ATan( z0 /  y0  / 2 ) ;
 243   max  = TMath::Pi() / 2.  + angle ; // to follow the convention of the particle generator(PHOS is at 90 deg.)
 244   min  = TMath::Pi() / 2.  - angle ;
 245   tM = TMath::Max(max, min) * conv ;
 246   tm = TMath::Min(max, min) * conv ;
 247
 248 }
 249
 250 //____________________________________________________________________________
 251 void AliPHOSGeometry::EmcXtalCoverage(Double_t & theta, Double_t & phi, Option_t * opt) const
 252 {
 253   // calculates the angular coverage in theta and phi of a single crystal in a EMC(=PHOS) module
 254
 255   Double_t conv ;
 256   if ( opt == Radian() )
 257     conv = 1. ;
 258   else if ( opt == Degre() )
 259     conv = 180. / TMath::Pi() ;
 260   else {
 261     Warning("EmcXtalCoverage", "%s unknown option; result in radian", opt) ;
 262     conv = 1. ;
 263       }
 264
 265   Float_t y0  = GetIPtoCrystalSurface() ;
 266   theta = 2 * TMath::ATan( GetCrystalSize(2) / (2 * y0) ) * conv ;
 267   phi   = 2 * TMath::ATan( GetCrystalSize(0) / (2 * y0) ) * conv ;
 268 }
 269
 270
 271 //____________________________________________________________________________
 272 void AliPHOSGeometry::GetGlobal(const AliRecPoint* RecPoint, TVector3 & gpos, TMatrix & gmat) const
 273 {
 274   // Calculates the coordinates of a RecPoint and the error matrix in the ALICE global coordinate system
 275
 276   AliPHOSRecPoint * tmpPHOS = (AliPHOSRecPoint *) RecPoint ;
 277   TVector3 localposition ;
 278
 279   tmpPHOS->GetLocalPosition(gpos) ;
 280
 281
 282   if ( tmpPHOS->IsEmc() ) // it is a EMC crystal
 283     {  gpos.SetY( - GetIPtoCrystalSurface()) ;
 284
 285     }
 286   else
 287     { // it is a CPV
 288       gpos.SetY(- GetIPtoUpperCPVsurface()  ) ;
 289     }
 290
 291   Float_t phi           = GetPHOSAngle( tmpPHOS->GetPHOSMod()) ;
 292   Double_t const kRADDEG = 180.0 / kPI ;
 293   Float_t rphi          = phi / kRADDEG ;
 294
 295   TRotation rot ;
 296   rot.RotateZ(-rphi) ; // a rotation around Z by angle
 297
 298   TRotation dummy = rot.Invert() ;  // to transform from original frame to rotate frame
 299   gpos.Transform(rot) ; // rotate the baby
 300
 301 }
 302
 303 //____________________________________________________________________________
 304 void AliPHOSGeometry::GetGlobal(const AliRecPoint* RecPoint, TVector3 & gpos) const
 305 {
 306   // Calculates the coordinates of a RecPoint in the ALICE global coordinate system
 307
 308   AliPHOSRecPoint * tmpPHOS = (AliPHOSRecPoint *) RecPoint ;
 309   TVector3 localposition ;
 310   tmpPHOS->GetLocalPosition(gpos) ;
 311
 312
 313   if ( tmpPHOS->IsEmc() ) // it is a EMC crystal
 314     {  gpos.SetY( - GetIPtoCrystalSurface()  ) ;
 315     }
 316   else
 317     { // it is a CPV
 318           gpos.SetY(- GetIPtoUpperCPVsurface()  ) ;
 319     }
 320
 321   Float_t phi           = GetPHOSAngle( tmpPHOS->GetPHOSMod()) ;
 322   Double_t const kRADDEG = 180.0 / kPI ;
 323   Float_t rphi          = phi / kRADDEG ;
 324
 325   TRotation rot ;
 326   rot.RotateZ(-rphi) ; // a rotation around Z by angle
 327
 328   TRotation dummy = rot.Invert() ;  // to transform from original frame to rotate frame
 329   gpos.Transform(rot) ; // rotate the baby
 330 }
 331
 332 //____________________________________________________________________________
 333 void AliPHOSGeometry::ImpactOnEmc(const Double_t theta, const Double_t phi, Int_t & ModuleNumber, Double_t & z, Double_t & x) const
 334 {
 335   // calculates the impact coordinates on PHOS of a neutral particle
 336   // emitted in the direction theta and phi in the ALICE global coordinate system
 337
 338   // searches for the PHOS EMC module
 339   ModuleNumber = 0 ;
 340   Double_t tm, tM, pm, pM ;
 341   Int_t index = 1 ;
 342   while ( ModuleNumber == 0 && index <= GetNModules() ) {
 343     EmcModuleCoverage(index, tm, tM, pm, pM) ;
 344     if ( (theta >= tm && theta <= tM) && (phi >= pm && phi <= pM ) )
 345       ModuleNumber = index ;
 346     index++ ;
 347   }
 348   if ( ModuleNumber != 0 ) {
 349     Float_t phi0 =  GetPHOSAngle(ModuleNumber) *  (TMath::Pi() / 180.) + 1.5 * TMath::Pi()  ;
 350     Float_t y0  =  GetIPtoCrystalSurface()  ;
 351     Double_t angle = phi - phi0;
 352     x = y0 * TMath::Tan(angle) ;
 353     angle = theta - TMath::Pi() / 2 ;
 354     z = y0 * TMath::Tan(angle) ;
 355   }
 356 }
 357
 358 //____________________________________________________________________________
 359 Bool_t  AliPHOSGeometry::Impact(const TParticle * particle) const
 360 {
 361   // Check if a particle being propagates from IP along the straight line impacts EMC
 362
 363   Bool_t in=kFALSE;
 364   Int_t moduleNumber=0;
 365   Double_t z,x;
 366   ImpactOnEmc(particle->Theta(),particle->Phi(),moduleNumber,z,x);
 367   if(moduleNumber) in=kTRUE;
 368   else in=kFALSE;
 369   return in;
 370 }
 371
 372 //____________________________________________________________________________
 373 Bool_t AliPHOSGeometry::RelToAbsNumbering(const Int_t * relid, Int_t &  AbsId) const
 374 {
 375   // Converts the relative numbering into the absolute numbering
 376   // EMCA crystals:
 377   //  AbsId = from 1 to fNModules * fNPhi * fNZ
 378   // CPV pad:
 379   //  AbsId = from N(total PHOS crystals) + 1
 380   //          to NCPVModules * fNumberOfCPVPadsPhi * fNumberOfCPVPadsZ
 381
 382   Bool_t rv = kTRUE ;
 383
 384   if ( relid[1] ==  0 ) {                            // it is a Phos crystal
 385     AbsId =
 386       ( relid[0] - 1 ) * GetNPhi() * GetNZ()         // the offset of PHOS modules
 387       + ( relid[2] - 1 ) * GetNZ()                   // the offset along phi
 388       +   relid[3] ;                                 // the offset along z
 389   }
 390   else { // it is a CPV pad
 391     AbsId =    GetNPhi() * GetNZ() *  GetNModules()         // the offset to separate EMCA crystals from CPV pads
 392       + ( relid[0] - 1 ) * GetNumberOfCPVPadsPhi() * GetNumberOfCPVPadsZ()   // the pads offset of PHOS modules
 393       + ( relid[2] - 1 ) * GetNumberOfCPVPadsZ()                             // the pads offset of a CPV row
 394       +   relid[3] ;                                                         // the column number
 395   }
 396
 397   return rv ;
 398 }
 399
 400 //____________________________________________________________________________
 401 void AliPHOSGeometry::RelPosToAbsId(const Int_t module , const Double_t x, const Double_t z, Int_t & AbsId)const{
 402   // Converts local PHOS-module (x, z) coordinates to absId
 403
 404   if(!module){
 405     AbsId = 0 ;
 406     return ;
 407   }
 408
 409   Int_t relid[4] ;
 410   relid[0] = module ;
 411   relid[1] = 0 ;
 412   relid[2] = static_cast<Int_t>(TMath::Ceil(GetNPhi()/2.+ x/GetCellStep()));
 413   relid[3] = static_cast<Int_t>(TMath::Ceil(GetNZ()/2.  - z/GetCellStep())) ;
 414
 415   RelToAbsNumbering(relid,AbsId) ;
 416
 417 }
 418 //____________________________________________________________________________
 419 void AliPHOSGeometry::RelPosInAlice(const Int_t id, TVector3 & pos ) const
 420 {
 421   // Converts the absolute numbering into the global ALICE coordinate system
 422
 423
 424     Int_t relid[4] ;
 425
 426     AbsToRelNumbering(id , relid) ;
 427
 428     Int_t phosmodule = relid[0] ;
 429
 430     Float_t y0 = 0 ;
 431
 432     if ( relid[1] == 0 )  // it is a PbW04 crystal
 433       y0 =  - GetIPtoCrystalSurface() ;
 434     else
 435       y0 =  - GetIPtoUpperCPVsurface() ;
 436
 437     Float_t x, z ;
 438     RelPosInModule(relid, x, z) ;
 439
 440     pos.SetX(x) ;
 441     pos.SetZ(z) ;
 442     pos.SetY(y0) ;
 443
 444     Float_t phi           = GetPHOSAngle( phosmodule) ;
 445     Double_t const kRADDEG = 180.0 / kPI ;
 446     Float_t rphi          = phi / kRADDEG ;
 447
 448     TRotation rot ;
 449     rot.RotateZ(-rphi) ; // a rotation around Z by angle
 450
 451     TRotation dummy = rot.Invert() ;  // to transform from original frame to rotate frame
 452
 453     pos.Transform(rot) ; // rotate the baby
 454 }
 455
 456 //____________________________________________________________________________
 457 void AliPHOSGeometry::RelPosInModule(const Int_t * relid, Float_t & x, Float_t & z) const
 458 {
 459   // Converts the relative numbering into the local PHOS-module (x, z) coordinates
 460   // Note: sign of z differs from that in the previous version (Yu.Kharlov, 12 Oct 2000)
 461
 462   Int_t row        = relid[2] ; //offset along x axis
 463   Int_t column     = relid[3] ; //offset along z axis
 464
 465
 466   if ( relid[1] == 0 ) { // its a PbW04 crystal
 467     x = - ( GetNPhi()/2. - row    + 0.5 ) *  GetCellStep() ; // position of Xtal with respect
 468     z =   ( GetNZ()  /2. - column + 0.5 ) *  GetCellStep() ; // of center of PHOS module
 469   }
 470   else  {
 471     x = - ( GetNumberOfCPVPadsPhi()/2. - row    - 0.5 ) * GetPadSizePhi()  ; // position of pad  with respect
 472     z =   ( GetNumberOfCPVPadsZ()  /2. - column - 0.5 ) * GetPadSizeZ()  ; // of center of PHOS module
 473   }
 474 }