仅在曲率方向上对光线起发散作用，常见类型为平凹透镜和双凹透镜，多用于扩大光束、校正像差等场景。负柱面镜与正柱面镜作用相反，通过“光线向薄端偏折”实现单一方向的发散，其焦线为虚像。

•  结构基础：至少有一个表面是凹柱面（沿某一方向凹陷），在该凹陷方向（曲率方向）上，镜片中心薄、边缘厚；垂直方向（无曲率）同样为平面，厚度均匀。
•  光路原理：当平行光入射时， 在曲率方向：边缘光线穿过镜片较厚区域，中心光线穿过较薄区域。光线经折射后会向边缘（薄端）偏折，出射光线呈发散状态。将这些发散光线反向延长，会交于镜片入射侧的一条虚焦线（无法在物理平面上接收，仅为视觉上的成像起点）。在无曲率方向：光线传播路径不受影响，保持平行入射、平行出射。