本发明涉及光学三维成像领域，特别涉及非数字光机正弦条纹结构光高精度三维测量装置。结构光场投影装置包括N个结构光投射模组、合光棱镜和投影镜组，结构光投射模组按照预定时序依次开启，生成N个正弦条纹结构光场；合光棱镜用于将N个正弦条纹结构光场进行光路转换输出到投影镜组；投影镜组用于将N个正弦条纹结构光场投射到同一待测目标；其中，N个正弦条纹结构光场投射到同一待测目标时，具有相同的成像位置，并且时序上相邻的正弦条纹结构光场之间存在2π/N的空间相位间隔。采用本发明的结构光场投影装置和三维成像系统，可高速高精度获取人脸目标的三维数据。