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Die Phasenverschiebung des reflektierten Laserstrahls oder dessen Modulation gegenüber dem ausgesandten Strahl ist entfernungsabhängig. Diese Phasenverschiebung kann gemessen und benutzt werden, um die zurückgelegte Distanz zu ermitteln. Wird die Laserfrequenz selbst zur Überlagerung genutzt, arbeitet das Gerät wie ein Laserinterferometer.

Um die Genauigkeitsanforderung an die Zeitmessung zu verringern, werden Verfahren eingesetzt, bei denen der Laserstrahl selbst frequenzmoduliert oder mit einem hochfrequenten Signal moduliert wird.

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.

Beim Fotoempfänger handelt es sich um ein lichtempfindliches Element, das die Position des Lichtpunktes im Abbild bestimmt. Aus dieser Bildposition wird die Distanz zwischen Sensor und Objekt berechnet.