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Zum Verständnis der Funktionsweise dieser modernen Entfernungsmesser seien zunächst deren physikalisch relevanten Bauteile genannt. Dies sind die Lasereinheit, der Empfangssensor und ein Mikroprozessor. Beim Messvorgang wird scharf gebündeltes Licht einer bestimmten Wellenlänge (eben ein Laser) mittels einer Laserdiode auf den Messpunkt gerichtet. Dabei wird der Strahl dieser Entfernungsmesser nicht kontinuierlich, sondern gepulst gesendet.

Kontinuierliche Frequenzmodulation (Funktion wie ein FM-Radar); vergleicht man nun das ursprüngliche mit dem reflektierten Signal, besteht zwischen beiden ein Frequenzunterschied. Dieser Unterschied ist proportional zur Distanz.

Das obige Schema verdeutlicht die Relationen zwischen den verschiedenen Distanzen. Mit Hilfe der Trigonometrie ist es möglich die Distanz x−x0{\displaystyle x-x_{0}} aus der gemessenen Distanz x′−x0′{\displaystyle x-x_{0}} zu ermitteln: In der Geodäsie heißen die Entfernungsmessgeräte, die nach dem Prinzip der Laufzeitmessung oder Phasenmodulation arbeiten, Tachymeter oder Distanzer.

Die Mehrdeutigkeit interferometrischer Verfahren kann mit Hilfe einer Frequenzmodulation des Lasers oder dessen Hochfrequenz-Modulationssignales umgangen werden. Man führt dadurch in die Phasenmessung eine Laufzeitkomponente ein. Durch eine niedrigere Frequenz (= längere Periodendauer) erhält man eine größere Distanz eines eindeutigen Ergebnisses, jedoch eine geringere Auflösung. Zum Prinzip siehe auch bei FMCW-Radar. Verfahren mit HF-moduliertem Laser erreichen maximale Messentfernungen von ungefähr 200 Metern.