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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.

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.

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.

Die Messung mit einem Laserentfernungsmesser ist immer eine Abstandsmessung. Dabei gibt es unterschiedliche Verfahren, die speziell für ihren Einsatzzweck konzipiert wurden. Die für den Heimwerker relevante Messmethode beruht auf der Triangulation.