ここで誤解があるんじゃないですか? f値を規定するのは、前玉の物理
的サイズではなく、そのレンズの有効口径(と焦点距離)です。

ここでレンズの有効口径とは何かといえば、レンズに対して平行光線
束を入射させた時、そのレンズの絞り位置を通過可能な光線束が、レ
ンズ最前面に投影する円の直径のことを言います。

あと
これは違います ^^; 単に筆が滑っただけと思いますが。後玉を出た光
が撮像素子面にきちんと収束しないと、写真用レンズとしての役目を
果たしません。

一眼レフの場合、どんなに理想的なレンズであってもかならずマウン
ト部分で光束は絞られてしまうわけですから、ボディのフランジバッ
クとマウント径さえ決まってしまえば、たとえレンズ配置をどのよう
に工夫したとしても、マウント径÷フランジバックよりも小さなf値を
実現することは物理的に不可能です。
この問題に関しては、テレセントリック性だの画質だのといった問題
はまったく関係ありませんね。単に幾何学的、物理的な制約として、
そうしたレンズを構成するのは不可能なんです。

(まぁ、より厳密に言えばバックフォーカスも考慮しないといけない
でしょうけど)