本发明提供膜厚测定装置、研磨装置以及膜厚测定方法，即使在膜的膜厚较厚的情况下，也能够抑制来自布线图案的反射光的光量不足。膜厚测定装置(30)应用于对具有包含多个布线图案的膜(202)的基板(200)的膜进行研磨的研磨装置(10)，其中，该膜厚测定装置具备：投光器(43)，该投光器在研磨装置对膜进行研磨期间，投射入射光(L1)；聚光器(44)，该聚光器使从投光器投射的入射光聚集而成为规定的光斑尺寸(D)之后，向膜投射；以及受光器(45)，该受光器接收从膜反射的反射光(L2)，规定的光斑尺寸与构成多个布线图案的各个布线图案的最小宽度相比较小。