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Bei einem Laserentfernungsmesser handelt es sich im Wesentlichen um einen optischen Distanzmesser, der die Laufzeit des Lichtes zu einem bestimmten Punkt erfasst und aus diesem Wert die zugehörige Wegstrecke errechnet. Als Grundlage für die Rechnung dient hierbei die Lichtgeschwindigkeit, bei der es sich um eine Naturkonstante mit absolutem Wert handelt.

Aus den drei bekannten Größen Abstand Sender – Empfänger, Austrittswinkel und Eintrittswinkel des Laserstrahls berechnet der Mikroprozessor in Sekundenschnelle die Entfernung der zu messenden Fläche. Da die Laserstrahlung gepulst ist, werden diese einzelnen Impulse vom Mikroprozessor praktisch als Einzelmessungen interpretiert. Aus dem sich daraus errechneten Mittelwert resultiert eine hohe Messgenauigkeit.

Zählt man die Durchgänge und multipliziert sie mit der Lichtwellenlänge, erhält man die gesuchte Wegstrecke. Mit einer genaueren Auswertung des Signals erreicht man Genauigkeiten von etwa 1/100{\displaystyle 1/100} Wellenlänge, das sind bei sichtbarem Licht wenige Nanometer. Die Lichtwellenlänge ist allerdings abhängig vom Brechungsindex der Luft und verändert sich mit Temperatur, Druck und Feuchtigkeit. Für genaue Messungen muss der Zählwert der Lichtwellenlängen mit diesen Eigenschaften der Luft korrigiert werden (Luftdichtekorrektion).

Laserinterferometer messen keine absoluten Weglängen, sondern nur die relative Änderung bei Verschiebung des Zieles bzw. eines Referenzspiegels. Beim Verschieben des Spiegels wird die Summe aus ausgesandtem und reflektiertem Strahl periodisch moduliert (Interferenz). Es durchläuft bei der Verschiebung um eine halbe Lichtwellenlänge genau eine Periode.