混色光是由眾多不同波長光線組成的，我們稱之為光譜。所有不同波長的可見光重疊在一起，形成白光。人類肉眼可見光的波長范圍從400nm(藍光)到700nm(紅光)。通過透鏡，不同顏色的光不會聚焦到同一個點上。這種現象稱為色差透鏡錯誤或者叫色差透鏡偏差。

　　

　　一面單透鏡的色差造成對不同波長的色光產生了不同的焦距

　　

　　對于消色差雙合透鏡而言，可見光的波長近似具有相等的焦距

　　

　　具有抵消色散屬性的衍射光學器件可以用來矯正色差

　　

　　而光譜共焦傳感器光譜共焦測量方法恰恰利用這種物理現象的特點。通過使用特殊透鏡，延長不同顏色光的焦點光暈范圍，形成特殊放大色差，使其根據不同的被測物體到透鏡的距離，會對應一個波長的光聚焦到被測物體上。通過測量反射光的波長，就可以得到被測物體到透鏡的距離。這一過程與攝影器材通過各種方法消減色差的過程正好相反。

　　

　　為了得到上述特殊的色差，需要在傳感器探頭內使用若干特殊透鏡，用來根據所需量程將光線分解。zui后使用一個凸透鏡，將傳感器探頭射出的光線聚攏在一條軸線上，形成所謂的焦點軸線。如果不使用凸透鏡，傳感器探頭射出的光將分散開來，測量也就無法進行了。

　　

　　使用光譜共焦測量技術，可以得到超高分辨率。納米級分辨率源于上述經過特殊處理得到的加長光譜范圍。由于采用檢測焦點的顏色，得到距離信息，光譜共焦傳感器可以采用非常小的測量光斑，從而允許測量非常小的被測物體。這也意味著，即使被測表面有非常輕微的劃痕，也逃不過光譜共焦傳感器的眼睛。

　　

　　由于光譜共焦傳感器的光路非常緊湊和集中，使其非常適合測量鉆孔結構。而其他測量方式，如激光三角反射式測量，對于小孔往往無能為力，因為小孔形成的陰影會遮擋反射光的光路，無法進行測量。

　　

　　另一種非常適合光譜共焦傳感器的應用是測量多層透明材料的厚度。與其他測量方法不同，光譜共焦傳感器在測量這種物體時，僅需要一支探頭就可以完成測量。