混色光是由众多不同波长光线组成的，我们称之为光谱。所有不同波长的可见光重叠在一起，形成白光。人类肉眼可见光的波长范围从400nm(蓝光)到700nm(红光)。通过透镜，不同颜色的光不会聚焦到同一个点上。这种现象称为色差透镜错误或者叫色差透镜偏差。

　　

　　一面单透镜的色差造成对不同波长的色光产生了不同的焦距

　　

　　对于消色差双合透镜而言，可见光的波长近似具有相等的焦距

　　

　　具有抵消色散属性的衍射光学器件可以用来矫正色差

　　

　　而光谱共焦传感器光谱共焦测量方法恰恰利用这种物理现象的特点。通过使用特殊透镜，延长不同颜色光的焦点光晕范围，形成特殊放大色差，使其根据不同的被测物体到透镜的距离，会对应一个波长的光聚焦到被测物体上。通过测量反射光的波长，就可以得到被测物体到透镜的距离。这一过程与摄影器材通过各种方法消减色差的过程正好相反。

　　

　　为了得到上述特殊的色差，需要在传感器探头内使用若干特殊透镜，用来根据所需量程将光线分解。zui后使用一个凸透镜，将传感器探头射出的光线聚拢在一条轴线上，形成所谓的焦点轴线。如果不使用凸透镜，传感器探头射出的光将分散开来，测量也就无法进行了。

　　

　　使用光谱共焦测量技术，可以得到超高分辨率。纳米级分辨率源于上述经过特殊处理得到的加长光谱范围。由于采用检测焦点的颜色，得到距离信息，光谱共焦传感器可以采用非常小的测量光斑，从而允许测量非常小的被测物体。这也意味着，即使被测表面有非常轻微的划痕，也逃不过光谱共焦传感器的眼睛。

　　

　　由于光谱共焦传感器的光路非常紧凑和集中，使其非常适合测量钻孔结构。而其他测量方式，如激光三角反射式测量，对于小孔往往无能为力，因为小孔形成的阴影会遮挡反射光的光路，无法进行测量。

　　

　　另一种非常适合光谱共焦传感器的应用是测量多层透明材料的厚度。与其他测量方法不同，光谱共焦传感器在测量这种物体时，仅需要一支探头就可以完成测量。