A multiple target optical imaging apparatus performs optical imaging of a plurality of physically-separated imaging sites using a light source, a two-dimensional detector and a plurality of fiber bundles. Each fiber bundle has a distal end positioned adjacent to a different one of the imaging sites, and conveys source light from its proximal end to its distal end, while conveying an optical signal from its respective imaging site from its distal end to its proximal end. The optical signals may be simultaneously detected on different regions of the detector. The system is small, and may be used to image sites on an ambulatory animal, with the light source and detector located in a portable housing attached to the animal. Different types of imaging may be used, including fluorescence imaging, hyperspectral imaging, or polarization imaging.On décrit un appareil d'imagerie optique multi-cibles, qui effectue une imagerie optique d'une pluralité de sites d'imagerie séparés physiquement, à l'aide d'une source de lumière, d'un détecteur bidimensionnel et d'une pluralité de faisceaux de fibres. Chaque faisceau de fibres présente une extrémité distale positionnée adjacente à un site d'imagerie différent des autres, et transporte la lumière source de son extrémité proximale à son extrémité distale, en même temps qu'il achemine un signal optique à partir de son site d'imagerie respectif, de son extrémité distale à son extrémité proximale. Les signaux optiques peuvent être détectés simultanément sur différentes zones du détecteur. Le système est petit et peut être utilisé sur un animal ambulatoire pour aller vers des sites d'images, la source de lumière et le détecteur étant logés dans un boîtier portatif fixé à l'animal. Différents types d'imagerie peuvent être utilisés, notamment l'imagerie par fluorescence, l'imagerie hyperspectrale ou l'imagerie de polarisation.