早期航海家在大海中沿航線航行時(shí)，需要不斷確定航船所處的位置,，即船所處的經(jīng)度和緯度的交叉點(diǎn),。航海家為了弄清楚自己的船所處的緯度，需要有一種儀器,，它能通過對(duì)地平線和中午的太陽之間的夾角的測量,，或通過對(duì)地平線和某顆固定星之間的夾角的測量來確定緯度。最初,，水手用星盤來測量太陽高度,，但由于船的甲板是上下起伏的，這種儀器極難操作,，而且不容易測算準(zhǔn)確,。后來人們用直角儀取代了星盤。航海圖上的六分儀及兩腳規(guī),、量角器,、平行尺等早期航海儀器

1730年，美國人T·戈弗雷（ThomasGodfrey）和英國人約翰·哈德利（JohnHadley）分別獨(dú)自發(fā)明了八分儀,。兩人都把設(shè)計(jì)方案提交英國皇家學(xué)會(huì),，后者于1734年又提交了一個(gè)改進(jìn)方案，得到普遍采用,。哈德利研制成功一種反射望遠(yuǎn)鏡,，接著又制作了一種在海上測量角度的儀器。觀察者可通過一面鏡子同時(shí)看見地平線,，它們之間的角度可用邊緣標(biāo)有刻度的象限儀測出,，測角范圍可達(dá)90°，這樣就把簡單的象限儀（測角范圍45°）所測量之高度增加了一倍,，成為一種測緯度的理想儀器,，該儀器另一優(yōu)點(diǎn)是它能使星辰天體的形象與地平線成一直線，而且所測讀數(shù)更為精確,。由于它準(zhǔn)確,、價(jià)格便宜、使用方便,，極受航海人員歡迎,，直到20世紀(jì)仍然作為測量天體高度確定緯度的方法。

1732年,，英國海軍部把八分儀放在一只小艇中作試驗(yàn),，結(jié)果非常精確?？墒前朔謨x的90°標(biāo)度用作測量月球與天體的角距，事實(shí)證明是非常不夠的，故約翰·伯德（JohnBird）在18世紀(jì)50年代制作了一個(gè)完整的圓圈,，其測量范圍可達(dá)360°,，測量效果好，但很笨重,，在海上使用極為不便,。于是反射圈與八分儀之間采取折衷方案，1757年,，坎貝爾船長以八分儀為模子,，把測量范圍擴(kuò)大到120°，這就是六分儀,，它是由一個(gè)三角形的架子組成,，一邊是一個(gè)120°弧形板，上面有刻度和一個(gè)可移動(dòng)的指針,。反射望遠(yuǎn)鏡將需測量的有夾角的兩天體反射到一起,，人們就可以方便地測到角度并計(jì)算出該船處在的緯度。六分儀較之以往的測緯度的星盤,、卡爾瑪和直角象限儀等的精度有較大的提高,。

光線的反射角等于入射角

六分儀所基于的原理很簡單：光線的反射角等于入射角。實(shí)際上,，六分儀也可以測量任意兩物體之間的夾角,。其原理最初由牛頓（以及更早的胡克）提出；而固定式大型六分儀很早就由各大天文臺(tái)建造,，供天體測量之用（如第谷在汶島建造的紀(jì)限儀,、格林尼治天文臺(tái)的大六分儀等）。

航海用六分儀是在扇形框架背面有手柄供握持用,，框架上裝有活動(dòng)臂,，圖中活動(dòng)臂最上端即是指標(biāo)鏡；半反射式地平鏡安裝在六分儀的左側(cè)（中部,，正對(duì)望遠(yuǎn)鏡者）,，地平鏡旁邊還配有濾光片供測量太陽等明亮天體時(shí)使用。測量天體地平高度時(shí),，觀測者手持六分儀,，讓望遠(yuǎn)鏡鏡筒保持水平，并從望遠(yuǎn)鏡中觀察被測天體經(jīng)地平鏡反射所成的像,；同時(shí)要調(diào)節(jié)活動(dòng)臂,，使星象落在望遠(yuǎn)鏡中所見的地平線上。這也是地平鏡需要用半反射玻璃制造的原因,。

幾何光學(xué)中的反射定律

在天體的象與地平線重合時(shí),，該天體高度等于地平鏡與指標(biāo)鏡夾角的二倍。通過幾何光學(xué)中的反射定律，這一點(diǎn)可以很容易地被證明,。而根據(jù)這一點(diǎn)來恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)圓弧標(biāo)尺上的刻度,，就可以讓觀測者直接讀出天體高度。為提高讀數(shù)精度,，實(shí)際的六分儀活動(dòng)臂上往往還附有鼓輪和游標(biāo)尺,。六分儀的精度比較高，最高能達(dá)到10角秒,，且輕便易用,，所以它能夠迅速取代之前操作復(fù)雜的星盤，成為在海洋上測量地理坐標(biāo)的利器,，也徹底解決了精確地確定海上航線這一困擾無數(shù)航海家的難題,。1769年，庫克船長就是在六分儀的幫助下成功抵達(dá)塔希提島觀測金星凌日的,。

使用六分儀測量經(jīng)緯度的前提條件是當(dāng)前時(shí)間已知,。先用六分儀測量出某天體（一般用太陽）上中天時(shí)的地平高度，再查閱天文年歷了解當(dāng)天該天體的赤道坐標(biāo),，只需代入公式：

cosz=sinφsinδ+cosφcosδcost

就可以得出該地的緯度φ,。式中z是天體天頂距（90度減去地平高度），δ是天體的赤緯,，t是時(shí)角,，可以由地方恒星時(shí)與天體赤經(jīng)相減得出，恒星時(shí)也可以通過簡單計(jì)算得到,。如果是由太陽位置計(jì)算地理緯度,，更簡便的算法是：

δ=z+δ

當(dāng)然，更精確的結(jié)果還需要扣除六分儀視差,、蒙氣差,、眼高差、天體的半徑差等誤差后才能得出?，F(xiàn)在某些因子已有專門的改正表可供查閱,。

六分儀的結(jié)構(gòu)和光學(xué)原理

ΔABC中ω=β－ɑ

ΔABD中h=2β－2ɑ

∴h=2ω

至于經(jīng)度的測量，可以通過比較太陽上中天時(shí)地方時(shí)（由查閱天文年歷得出）與出發(fā)地的時(shí)間之差得出,。

六分儀最大的缺點(diǎn)是受天氣的影響較大,，不能在陰雨天使用。而制造過程中會(huì)無可避免地引入機(jī)械誤差,，這也成了限制六分儀精度的一個(gè)因素,。有一定經(jīng)驗(yàn)的觀測者在正常條件下白天單一觀測的均方誤差為±0.7′～±1.0′。增加觀測次數(shù)取平均值,則其均方誤差降為單一觀測值的,，n為次數(shù),一般取3,、5,、7次。天體高度最好為15°～65°,。此外,，六分儀也可在沿岸航行時(shí)用于觀測兩個(gè)地面物標(biāo)之間水平夾角，用以在海圖上定位,。

歷史上，六分儀除了在航海方面發(fā)揮了重大作用外,，還曾幫助天文學(xué)家編制高精度星表,。而星表的編制也促進(jìn)了航海的發(fā)展，同時(shí)還給地理坐標(biāo)的測量帶來了重大進(jìn)步,。另外還有航空用六分儀,，結(jié)構(gòu)與航海用六分儀基本相同，但望遠(yuǎn)鏡視野中的地平線由水準(zhǔn)線代替?，F(xiàn)在也有電子六分儀生產(chǎn),。

法國的“法蘭西”號(hào)大型客輪在惡劣天氣時(shí)使用先進(jìn)的電子導(dǎo)航儀器控制自動(dòng)行駛。但在特殊情況下仍需要六分儀來輔助判定方位,。

新世紀(jì)福音戰(zhàn)士（EVA）中的六分儀

在庵野秀明所作的著名動(dòng)漫作品新世紀(jì)福音戰(zhàn)士（EVA）中,，有個(gè)生性不羈的生物學(xué)專家六分儀先生，在他與碇唯結(jié)婚后,，改姓碇,，也就是后來特務(wù)機(jī)關(guān)NERV的總司令，碇真嗣的父親,，碇源渡,。