將太陽光反射到恒定方向的光學裝置，由兩塊平面鏡組成。第一平面鏡，又稱定天鏡，置於沒有赤緯軸的赤道式基架中（見圖），鏡面與指向天北（南）極的儀器軸重合。觀測時，由電機驅動，鏡面以48小時一轉的均勻速度與太陽視運動同方向轉動，便可將太陽光反射到某一固定方向，由第二平面鏡截獲，再將光線反射到水準(或垂直向下)的方向，然後進入水準式(或塔式)太陽望遠鏡中。第二平面鏡通常採用地平式裝置，分別繞兩根互相垂直的軸作微調轉動，以改正跟蹤過程中太陽像的偏離。為瞭適應太陽赤緯緯的周年變化，避免在一天中出現定天鏡上太陽光入射角過大(一般不超過45°)，以及出現第二平面鏡裝置擋住射向定天鏡的光的情況，定天鏡和第二平面鏡之間應當能作相對運動。水平式太陽望遠鏡是利用南北和東西方向的軌道來實現在水平面內的相對運動的。而在許多太陽塔中，為瞭減小塔頂面積，定天鏡要能在沿極軸方向傾斜的南北向導軌上，或在圓弧形軌道上運動，第二平面鏡則作升降運動。當定天鏡裝置應用於日全食觀測時，可以不用第二平面鏡，隻用第一平面鏡反射到某特定的水平方向，其方位角根據當時的太陽赤緯和當地地理緯度確定。定天鏡的優點是結構簡單、穩定、尤其是相對於固定在地面上的太陽望遠鏡來說，反射的天區並不轉動，這對大型太陽攝譜儀的應用十分有利。六十年代以前的太陽塔絕大多數采用定天鏡。定天鏡的缺點是在一天的跟蹤過程中，太陽光的入射角和反射角不斷變化，反射光的偏振狀態也不斷變化，而且變化規律不是簡單的函數，在測量太陽磁場的橫向分量時，引入難以補償的儀器偏振。此外，結構分散，不能安置在真空系統中，也就不能避免自身產生的熱空氣湍流對成像的不良影響。
雲南天文臺40厘米定天鏡