18e2e7a9c14a912f8c0567325592d19117d5cff1
[u/mrichter/AliRoot.git] / PHOS / AliPHOSGeometry.h
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 //_________________________________________________________________________
17 // Geometry class for PHOS version SUBATECH
18 //*-- Author : Y. Schutz SUBATECH 
19 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
20
21 // --- ROOT system ---
22
23 #include "TVector3.h"
24 #include "TRotation.h" 
25
26 // --- Standard library ---
27
28 #include <iostream.h>
29 #include "assert.h"
30
31 // --- AliRoot header files ---
32
33 #include "AliPHOSGeometry.h"
34 #include "AliPHOSPpsdRecPoint.h"
35 #include "AliConst.h"
36
37 ClassImp(AliPHOSGeometry)
38
39   AliPHOSGeometry * AliPHOSGeometry::fGeom = 0 ;
40
41 //____________________________________________________________________________
42 AliPHOSGeometry::~AliPHOSGeometry(void)
43 {
44   fRotMatrixArray->Delete() ; 
45   delete fRotMatrixArray ; 
46 }
47
48 //____________________________________________________________________________
49 Bool_t AliPHOSGeometry::AbsToRelNumbering(const Int_t AbsId, Int_t * RelId)
50 {
51   // RelId[0] = PHOS Module number 1:fNModules 
52   // RelId[1] = 0 if PbW04
53   //          = PPSD Module number 1:fNumberOfModulesPhi*fNumberOfModulesZ*2 (2->up and bottom level)
54   // RelId[2] = Row number inside a PHOS or PPSD module
55   // RelId[3] = Column number inside a PHOS or PPSD module
56
57   Bool_t rv  = kTRUE ; 
58   Float_t Id = AbsId ;
59
60   Int_t PHOSModuleNumber = (Int_t)TMath:: Ceil( Id / ( GetNPhi() * GetNZ() ) ) ; 
61   
62   if ( PHOSModuleNumber >  GetNModules() ) { // its a PPSD pad
63
64     Id -=  GetNPhi() * GetNZ() *  GetNModules() ; 
65     Float_t tempo = 2 *  GetNumberOfModulesPhi() * GetNumberOfModulesZ() *  GetNumberOfPadsPhi() * GetNumberOfPadsZ() ; 
66     RelId[0] = (Int_t)TMath::Ceil( Id / tempo ) ; 
67     Id -= ( RelId[0] - 1 ) * tempo ;
68     RelId[1] = (Int_t)TMath::Ceil( Id / ( GetNumberOfPadsPhi() * GetNumberOfPadsZ() ) ) ; 
69     Id -= ( RelId[1] - 1 ) * GetNumberOfPadsPhi() * GetNumberOfPadsZ() ;
70     RelId[2] = (Int_t)TMath::Ceil( Id / GetNumberOfPadsPhi() ) ;
71     RelId[3] = (Int_t) ( Id - ( RelId[2] - 1 )  * GetNumberOfPadsPhi() ) ; 
72   } 
73   else { // its a PW04 crystal
74
75     RelId[0] = PHOSModuleNumber ;
76     RelId[1] = 0 ;
77     Id -= ( PHOSModuleNumber - 1 ) *  GetNPhi() * GetNZ() ; 
78     RelId[2] = (Int_t)TMath::Ceil( Id / GetNPhi() ) ;
79     RelId[3] = (Int_t)( Id - ( RelId[2] - 1 ) * GetNPhi() ) ; 
80   } 
81   return rv ; 
82 }
83
84 //____________________________________________________________________________
85 void AliPHOSGeometry::GetGlobal(const AliRecPoint* RecPoint, TVector3 & gpos, TMatrix & gmat)
86 {
87
88   AliPHOSRecPoint * tmpPHOS = (AliPHOSRecPoint *) RecPoint ;  
89   TVector3 LocalPosition ;
90
91   tmpPHOS->GetLocalPosition(gpos) ;
92
93
94   if ( tmpPHOS->IsEmc() ) // it is a EMC crystal 
95     {  gpos.SetY( -(GetIPtoOuterCoverDistance() + GetUpperPlateThickness() +
96                     GetSecondUpperPlateThickness() + GetUpperCoolingPlateThickness()) ) ;  
97
98     }
99   else
100     { // it is a PPSD pad
101       AliPHOSPpsdRecPoint * tmpPpsd = (AliPHOSPpsdRecPoint *) RecPoint ;
102       if (tmpPpsd->GetUp() ) // it is an upper module
103         {
104           gpos.SetY(-( GetIPtoOuterCoverDistance() - GetMicromegas2Thickness() - 
105                        GetLeadToMicro2Gap() - GetLeadConverterThickness() -  
106                        GetMicro1ToLeadGap() - GetMicromegas1Thickness() / 2.0 )  ) ; 
107         } 
108       else // it is a lower module
109         gpos.SetY(-( GetIPtoOuterCoverDistance() - GetMicromegas2Thickness() / 2.0) ) ; 
110     }  
111
112   Float_t Phi           = GetPHOSAngle( tmpPHOS->GetPHOSMod()) ; 
113   Double_t const RADDEG = 180.0 / kPI ;
114   Float_t rPhi          = Phi / RADDEG ; 
115   
116   TRotation Rot ;
117   Rot.RotateZ(-rPhi) ; // a rotation around Z by angle  
118   
119   TRotation dummy = Rot.Invert() ;  // to transform from original frame to rotate frame
120   gpos.Transform(Rot) ; // rotate the baby 
121 }
122
123 //____________________________________________________________________________
124 void AliPHOSGeometry::GetGlobal(const AliRecPoint* RecPoint, TVector3 & gpos)
125 {
126   AliPHOSRecPoint * tmpPHOS = (AliPHOSRecPoint *) RecPoint ;  
127   TVector3 LocalPosition ;
128   tmpPHOS->GetLocalPosition(gpos) ;
129
130
131   if ( tmpPHOS->IsEmc() ) // it is a EMC crystal 
132     {  gpos.SetY( -(GetIPtoOuterCoverDistance() + GetUpperPlateThickness() +
133                     GetSecondUpperPlateThickness() + GetUpperCoolingPlateThickness()) ) ;  
134     }
135   else
136     { // it is a PPSD pad
137       AliPHOSPpsdRecPoint * tmpPpsd = (AliPHOSPpsdRecPoint *) RecPoint ;
138       if (tmpPpsd->GetUp() ) // it is an upper module
139         {
140           gpos.SetY(-( GetIPtoOuterCoverDistance() - GetMicromegas2Thickness() - 
141                        GetLeadToMicro2Gap() - GetLeadConverterThickness() -  
142                        GetMicro1ToLeadGap() - GetMicromegas1Thickness() / 2.0 )  ) ; 
143         } 
144       else // it is a lower module
145         gpos.SetY(-( GetIPtoOuterCoverDistance() - GetMicromegas2Thickness() / 2.0) ) ; 
146     }  
147
148   Float_t Phi           = GetPHOSAngle( tmpPHOS->GetPHOSMod()) ; 
149   Double_t const RADDEG = 180.0 / kPI ;
150   Float_t rPhi          = Phi / RADDEG ; 
151   
152   TRotation Rot ;
153   Rot.RotateZ(-rPhi) ; // a rotation around Z by angle  
154   
155   TRotation dummy = Rot.Invert() ;  // to transform from original frame to rotate frame
156   gpos.Transform(Rot) ; // rotate the baby 
157 }
158
159 //____________________________________________________________________________
160 void AliPHOSGeometry::Init(void)
161 {
162   fRotMatrixArray = new TObjArray(fNModules) ; 
163
164   cout << "PHOS geometry setup: parameters for option " << fName << " " << fTitle << endl ;
165   if ( ((strcmp( fName, "default" )) == 0)  || ((strcmp( fName, "GPS2" )) == 0) ) {
166     fInit     = kTRUE ; 
167     this->InitPHOS() ; 
168     this->InitPPSD() ;
169     this->SetPHOSAngles() ; 
170   }
171  else {
172    fInit = kFALSE ; 
173    cout << "PHOS Geometry setup: option not defined " << fName << endl ; 
174  }
175 }
176
177 //____________________________________________________________________________
178 void AliPHOSGeometry::InitPHOS(void)
179 {
180      // PHOS 
181
182   fNPhi     = 64 ; 
183   fNZ       = 64 ; 
184   fNModules =  5 ; 
185   
186   fPHOSAngle[0] = 0.0 ; // Module position angles are set in CreateGeometry()
187   fPHOSAngle[1] = 0.0 ;
188   fPHOSAngle[2] = 0.0 ;
189   fPHOSAngle[3] = 0.0 ;
190  
191   fXtlSize[0] =  2.2 ;
192   fXtlSize[1] = 18.0 ;
193   fXtlSize[2] =  2.2 ;
194
195   // all these numbers coming next are subject to changes
196
197   fOuterBoxThickness[0] = 2.8 ;
198   fOuterBoxThickness[1] = 5.0 ;      
199   fOuterBoxThickness[2] = 5.0 ;
200   
201   fUpperPlateThickness  = 4.0 ;
202   
203   fSecondUpperPlateThickness = 5.0 ; 
204   
205   fCrystalSupportHeight   = 6.95 ; 
206   fCrystalWrapThickness   = 0.01 ;
207   fCrystalHolderThickness = 0.005 ;
208   fModuleBoxThickness     = 2.0 ; 
209   fIPtoOuterCoverDistance = 447.0 ;      
210   fIPtoCrystalSurface     = 460.0 ;  
211   
212   fPinDiodeSize[0] = 1.0 ;    
213   fPinDiodeSize[1] = 0.1 ;    
214   fPinDiodeSize[2] = 1.0 ;    
215   
216   fUpperCoolingPlateThickness   = 0.06 ; 
217   fSupportPlateThickness        = 10.0 ;
218   fLowerThermoPlateThickness    =  3.0 ; 
219   fLowerTextolitPlateThickness  =  1.0 ;
220   fGapBetweenCrystals           = 0.03 ;
221   
222   fTextolitBoxThickness[0] = 1.5 ;  
223   fTextolitBoxThickness[1] = 0.0 ;   
224   fTextolitBoxThickness[2] = 3.0 ; 
225   
226   fAirThickness[0] =  1.56   ;
227   fAirThickness[1] = 20.5175 ;  
228   fAirThickness[2] =  2.48   ;  
229   
230   Float_t XtalModulePhiSize =  fNPhi * ( fXtlSize[0] + 2 * fGapBetweenCrystals ) ; 
231   Float_t XtalModuleZSize   =  fNZ * ( fXtlSize[2] + 2 * fGapBetweenCrystals ) ;
232   
233   // The next dimensions are calculated from the above parameters
234   
235   fOuterBoxSize[0] =  XtalModulePhiSize + 2 * ( fAirThickness[0] + fModuleBoxThickness
236                                                 + fTextolitBoxThickness[0] + fOuterBoxThickness[0] ) ; 
237   fOuterBoxSize[1] = ( fXtlSize[1] + fCrystalSupportHeight + fCrystalWrapThickness + fCrystalHolderThickness )
238     + 2 * (fAirThickness[1] +  fModuleBoxThickness + fTextolitBoxThickness[1] + fOuterBoxThickness[1] ) ;
239   fOuterBoxSize[2] =  XtalModuleZSize +  2 * ( fAirThickness[2] + fModuleBoxThickness 
240                                                + fTextolitBoxThickness[2] + fOuterBoxThickness[2] ) ; 
241   
242   fTextolitBoxSize[0]  = fOuterBoxSize[0] - 2 * fOuterBoxThickness[0] ;
243   fTextolitBoxSize[1]  = fOuterBoxSize[1] -  fOuterBoxThickness[1] - fUpperPlateThickness ;
244   fTextolitBoxSize[2]  = fOuterBoxSize[2] - 2 * fOuterBoxThickness[2] ;
245   
246   fAirFilledBoxSize[0] =  fTextolitBoxSize[0] - 2 * fTextolitBoxThickness[0] ; 
247   fAirFilledBoxSize[1] =  fTextolitBoxSize[1] - fSecondUpperPlateThickness ; 
248   fAirFilledBoxSize[2] =  fTextolitBoxSize[2] - 2 * fTextolitBoxThickness[2] ; 
249   
250 }
251
252 //____________________________________________________________________________
253 void AliPHOSGeometry::InitPPSD(void)
254 {
255     // PPSD
256     
257   fAnodeThickness           = 0.0009 ; 
258   fAvalancheGap             = 0.01 ; 
259   fCathodeThickness         = 0.0009 ;
260   fCompositeThickness       = 0.3 ; 
261   fConversionGap            = 0.3 ; 
262   fLeadConverterThickness   = 0.56 ; 
263   fLeadToMicro2Gap          = 0.1 ; 
264   fLidThickness             = 0.2 ; 
265   fMicro1ToLeadGap          = 0.1 ; 
266   fMicromegasWallThickness  = 0.6 ; 
267   fNumberOfModulesPhi       = 4 ; 
268   fNumberOfModulesZ         = 4 ; 
269   fNumberOfPadsPhi          = 24 ; 
270   fNumberOfPadsZ            = 24 ;   
271   fPCThickness              = 0.1 ; 
272   fPhiDisplacement          = 0.8 ;  
273   fZDisplacement            = 0.8 ;  
274
275   fMicromegas1Thickness   = fLidThickness + 2 * fCompositeThickness + fCathodeThickness + fPCThickness 
276                               + fAnodeThickness + fConversionGap + fAvalancheGap ; 
277   fMicromegas2Thickness   = fMicromegas1Thickness ; 
278
279
280   fPPSDModuleSize[0] = 38.0 ; 
281   fPPSDModuleSize[1] = fMicromegas1Thickness ; 
282   fPPSDModuleSize[2] = 38.0 ; 
283  
284   fPPSDBoxSize[0] = fNumberOfModulesPhi * fPPSDModuleSize[0] + 2 * fPhiDisplacement ;  
285   fPPSDBoxSize[1] = fMicromegas2Thickness + fMicromegas2Thickness + fLeadConverterThickness + fMicro1ToLeadGap + fLeadToMicro2Gap ;    
286   fPPSDBoxSize[2] = fNumberOfModulesZ *  fPPSDModuleSize[2] + 2 * fZDisplacement ;
287
288   fIPtoTopLidDistance     = fIPtoOuterCoverDistance -  fPPSDBoxSize[1] - 1. ;  
289   
290 }
291
292 //____________________________________________________________________________
293 AliPHOSGeometry *  AliPHOSGeometry::GetInstance() 
294
295   assert(fGeom!=0) ; 
296   return (AliPHOSGeometry *) fGeom ; 
297 }
298
299 //____________________________________________________________________________
300 AliPHOSGeometry *  AliPHOSGeometry::GetInstance(const Text_t* name, const Text_t* title) 
301 {
302   AliPHOSGeometry * rv = 0  ; 
303   if ( fGeom == 0 ) {
304     fGeom = new AliPHOSGeometry(name, title) ; 
305     rv = (AliPHOSGeometry * ) fGeom ; 
306   }
307   else {
308     if ( strcmp(fGeom->GetName(), name) != 0 ) {
309       cout << "AliPHOSGeometry <E> : current geometry is " << fGeom->GetName() << endl
310            << "                      you cannot call     " << name << endl ; 
311     }
312     else
313       rv = (AliPHOSGeometry *) fGeom ; 
314   } 
315   return rv ; 
316 }
317
318 //____________________________________________________________________________
319 Bool_t AliPHOSGeometry::RelToAbsNumbering(const Int_t * RelId, Int_t &  AbsId)
320 {
321
322   // AbsId = 1:fNModules * fNPhi * fNZ  -> PbWO4
323   // AbsId = 1:fNModules * 2 * (fNumberOfModulesPhi * fNumberOfModulesZ) * fNumberOfPadsPhi * fNumberOfPadsZ -> PPSD
324
325   Bool_t rv = kTRUE ; 
326  
327   if ( RelId[1] > 0 ) { // its a PPSD pad
328
329     AbsId =    GetNPhi() * GetNZ() *  GetNModules()                          // the offset to separate emcal crystals from PPSD pads
330       + ( RelId[0] - 1 ) * GetNumberOfModulesPhi() * GetNumberOfModulesZ()   // the pads offset of PHOS modules 
331                          * GetNumberOfPadsPhi() * GetNumberOfPadsZ() * 2
332       + ( RelId[1] - 1 ) * GetNumberOfPadsPhi() * GetNumberOfPadsZ()         // the pads offset of PPSD modules 
333       + ( RelId[2] - 1 ) * GetNumberOfPadsPhi()                              // the pads offset of a PPSD row
334       + RelId[3] ;                                                           // the column number
335   } 
336   else {
337     if ( RelId[1] == 0 ) { // its a Phos crystal
338       AbsId =  ( RelId[0] - 1 ) *  GetNPhi() * GetNZ() // the offset of PHOS modules
339         + ( RelId[2] - 1 ) * GetNPhi()                 // the offset of a xtal row
340         + RelId[3] ;                                   // the column number
341     }
342   }
343
344   return rv ; 
345 }
346
347 //____________________________________________________________________________
348
349 void AliPHOSGeometry::RelPosInAlice(const Int_t Id, TVector3 & pos ) 
350 {
351    if (Id > 0) { 
352
353   Int_t RelId[4] ;
354  
355   AbsToRelNumbering(Id , RelId) ;
356
357   Int_t PHOSModule = RelId[0] ; 
358
359   
360   if ( RelId[1] == 0 ) // it is a PbW04 crystal 
361   {  pos.SetY( -(GetIPtoOuterCoverDistance() + GetUpperPlateThickness()
362       + GetSecondUpperPlateThickness() + GetUpperCoolingPlateThickness()) ) ;  
363   }
364   if ( RelId[1] > 0 ) { // its a PPSD pad
365     if ( RelId[1] >  GetNumberOfModulesPhi() *  GetNumberOfModulesZ() ) // its an bottom module
366      {
367        pos.SetY(-( GetIPtoOuterCoverDistance() - GetMicromegas2Thickness() / 2.0) ) ;
368      } 
369     else // its an upper module
370       pos.SetY(-( GetIPtoOuterCoverDistance() - GetMicromegas2Thickness() - GetLeadToMicro2Gap()
371         -  GetLeadConverterThickness() -  GetMicro1ToLeadGap() - GetMicromegas1Thickness() / 2.0) ) ; 
372   }
373
374   Float_t x, z ; 
375   RelPosInModule(RelId, x, z) ; 
376
377   pos.SetX(x);
378   pos.SetZ(z);
379
380
381    Float_t Phi           = GetPHOSAngle( PHOSModule) ; 
382    Double_t const RADDEG = 180.0 / kPI ;
383    Float_t rPhi          = Phi / RADDEG ; 
384
385    TRotation Rot ;
386    Rot.RotateZ(-rPhi) ; // a rotation around Z by angle  
387   
388    TRotation dummy = Rot.Invert() ;  // to transform from original frame to rotate frame
389   
390    pos.Transform(Rot) ; // rotate the baby 
391   }
392   else {
393  pos.SetX(0.);
394  pos.SetY(0.);
395  pos.SetZ(0.);
396        }
397
398
399 //____________________________________________________________________________
400 void AliPHOSGeometry::RelPosInModule(const Int_t * RelId, Float_t & x, Float_t & z) 
401 {
402   Int_t PPSDModule  ; 
403   Int_t Row        = RelId[2] ; //offset along z axiz
404   Int_t Column     = RelId[3] ; //offset along x axiz
405
406   Float_t PadSizeZ = GetPPSDModuleSize(2)/ GetNumberOfPadsZ();
407   Float_t PadSizeX = GetPPSDModuleSize(0)/ GetNumberOfPadsPhi();
408
409   if ( RelId[1] == 0 ) { // its a PbW04 crystal 
410     x = -( GetNPhi()/2. - Row   + 0.5 ) *  GetCrystalSize(0) ; // position ox Xtal with respect
411     z = -( GetNZ() /2. - Column + 0.5 ) *  GetCrystalSize(2) ; // of center of PHOS module  
412    }  
413    else  {    
414     if ( RelId[1] >  GetNumberOfModulesPhi() *  GetNumberOfModulesZ() )
415        PPSDModule =  RelId[1]-GetNumberOfModulesPhi() *  GetNumberOfModulesZ(); 
416     else PPSDModule =  RelId[1] ;
417     Int_t ModRow = 1+(Int_t)TMath::Ceil( (Float_t)PPSDModule / GetNumberOfModulesPhi()-1. ) ; 
418     Int_t ModCol = PPSDModule -  ( ModRow-1 ) * GetNumberOfModulesPhi() ;     
419     Float_t x0 = (  GetNumberOfModulesPhi() / 2.  - ModRow  + 0.5 ) * GetPPSDModuleSize(0) ;
420     Float_t z0 = (  GetNumberOfModulesZ() / 2.  - ModCol  + 0.5 ) * GetPPSDModuleSize(2)  ;     
421     x = - ( GetNumberOfPadsPhi()/2. - Row - 0.5 ) * PadSizeX + x0 ; // position of pad  with respect
422     z = - ( GetNumberOfPadsZ()/2.   - Column - 0.5 ) * PadSizeZ + z0 ; // of center of PHOS module  
423          }
424 }
425
426 //____________________________________________________________________________
427 void AliPHOSGeometry:: SetPHOSAngles() 
428
429   Double_t const RADDEG = 180.0 / kPI ;
430   Float_t PPHI =  TMath::ATan( fOuterBoxSize[0]  / ( 2.0 * fIPtoOuterCoverDistance ) ) ;
431   PPHI *= RADDEG ;
432   
433   for( Int_t i = 1; i <= fNModules ; i++ ) {
434     Float_t angle = PPHI * 2 * ( i - fNModules / 2.0 - 0.5 ) ;
435     fPHOSAngle[i-1] = -  angle ;
436  } 
437 }
438