測定プローブは、中心に配置された投光ファイバー（IlluminatingFiber）、その周囲を取り囲む受光ファイバーA（Receiving FiberA）、さらにその周囲を取り囲む受光ファイバーB（Receiving Fiber B）とからなります。投光ファイバーにはレーザーダイオードからの平行ビームを入射角で入射されます。投光ファイバーに入射した光は、ファイバー内を全反射を繰り返しながら測定端に達しターゲットに向けて照射されます。ターゲットで反射した光は、測定プローブ上の光環となり、受光ファイバーAとBに入射します。
図1からわかる通り、光環の径はプローブ端面からターゲットまでの距離gに比例して変化します。この径の変化を、受光ファイバーAおよびBに入射する光量PA,PBの差としてとらえます。図2にgに対するPA、PBの変化を模式的に示します。PAは、狭いギャップから立ち上がり、一方PBは一定のギャップをおいた後立ち上がります。図中PB-PAのWRで示した部分が変位の計測に使用できる部分です。WRの領域ではPB+PAはほとんど変化しません。PB-PAもPB　+PAもターゲットの反射率に比例しますが、（PB-PA）/（PB+PA）はターゲットの反射率に依存しない値をなります。ATOPSにおいては高精度アナログ除算器を用いることにより、ターゲットの反射率の影響を除去しています。透明体をワークとした場合の光路を右上図に示します。裏面で反射した光がXBの外側であれば、裏面の干渉は受けません。レーザー光の高強度光とあいまって、ガラスなど透明体の表面も高精度に検出することが可能となります。