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Um die Unbestimmtheit einer relativen interferometrischen Messung zu beseitigen, wird bei zwei oder mehreren diskreten Frequenzen die Phasenlage gemessen. Die Frequenzen können wiederum die Laserfrequenz selbst (verschiedene Laser, bei kleinsten Entfernungen) oder Modulationsfrequenzen ein und desselben Lasers sein (Frequenzen müssen zu Entfernungen und Messbereich passen).

Diese als klassisch geltende Messmethode macht sich die mathematischen Zusammenhänge zwischen den Seitenlängen und den Winkeln in einem Dreieck zunutze. In der Geodäsie wurde dieses Prinzip schon in früheren Jahrhunderten für Landvermessungen eingesetzt. Laserentfernungsmesser funktionieren nach dem gleichen Prinzip, nun aber berührungslos mittels optischer und elektronischer Komponenten.

Das Verfahren ist nur für geringe Entfernungen geeignet, da dessen Empfindlichkeit in der vierten Potenz (Zweiwegdämpfung) mit dem Abstand zwischen Sender und Empfänger abfällt. Laser und Fotoempfänger sind meist zusammen in einem Gehäuse untergebracht.

Bei der Lasertriangulation wird ein Laserstrahl (bei geringen Anforderungen auch die Strahlung einer Leuchtdiode) auf das Messobjekt fokussiert und mit einer daneben im Sensor befindlichen Kamera, einer ortsauflösenden Photodiode oder einer CCD-Zeile beobachtet. Ändert sich die Entfernung des Messobjektes vom Sensor, ändert sich auch der Winkel, unter dem der Lichtpunkt beobachtet wird und damit die Position seines Abbildes auf dem Fotoempfänger. Aus der Positionsänderung wird mit Hilfe der Winkelfunktionen die Entfernung des Objektes vom Laserprojektor berechnet.