本申请公开一种微透镜阵列的制备方法，薄膜厚度监测系统及装置。该方法利用光谱共焦技术，使用梯度折射率微透镜阵列将入射光离散为一系列焦点，将待测膜层置于焦点处，反射的信号光再次经过梯度折射率微透镜阵列，信号光由分光元件进行色散处理后经成像透镜成像在面阵探测器上，面阵探测器接收待测膜层厚度的不同波段信号光，通过对信号光进行分析处理即可获知待测膜层平面度、均匀性、厚度信息。对于光学件进行膜层蒸镀时，降低膜层厚度实时监测难度，从而保证了测量精度能够满足要求。