Lý giải cho điều này rất dễ: đó là do cấu trúc vật lý của các ống kính.
Điều chỉnh chính xác tiêu cự là một thứ rất phức tạp
Tiêu cự của ống kính chính là khoảng cách giữa điểm nút phía sau (rear nodal point) và tiêu điểm (focal point). Trong một thấu kính lồi đơn giản, đó chính là khoảng cách từ quang tâm đến tiêu điểm. Tuy nhiên, không có ống kính máy nào sử dụng thấu kính lồi đơn giản.
Chúng là tập hợp những "phức hợp thấu kính". Cụ thể hơn, các cụm thấu kính này được gộp lại với nhau từ nhiều thấu kính riêng biệt, có tên là "các thành phần thấu kính".
Các máy ảnh thông thường sẽ có "flange focal distance", hay khoảng cách buồng tối - là khoảng cách từ ngàm ống kính đến cảm biến. HowToGeek lấy ví dụ, trên các DSLR của Canon, khoảng cách này là 44mm.
Thực tế, vấn đề đối với các nhà sản xuất chính là việc phải điều chỉnh chính xác tiêu cự và thường sẽ liên quan đến việc thêm nhiều thành phần thấu kính, khiến nó trở nên to và nặng hơn. Lý do mà chiếc ống kính Canon EF 40mm có kích thước rất nhỏ là bởi vì nó có tiêu cự và khoảng cách flange focal gần tương tự nhau, vì thế, nó không cần quá nhiều thấu kính.
Và nếu tiêu cự càng xa so với khoảng cách flange focal của máy, kể cả nhỏ hơn hay lớn hơn con số này, ống kính sẽ càng to hơn. Một ống kính 600mm sẽ không cần dài đến 60cm nhưng nếu nó không dài 60cm, thiết kế quang học bên trong sẽ cực kì phức tạp. Điều này cũng tương tự với ống kính fisheye 11mm.
Có một điểm đáng mừng ở đây, các ống kính có tiêu cự nằm trong khoảng 24mm đến 50mm sẽ không cần có kích thước quá lớn, nhưng đối với các tiêu cự khác, điều chỉnh chính xác về tiêu cự quang học là một rào cản đáng kể cần thu hẹp lại.
Khẩu độ là một giới hạn khó khăn
Khẩu độ có liên quan đến tiêu cự. Khi chúng ta đề cập về khẩu độ f/5.6, những gì bản chất bên trong của nó chính là đường kính của độ mở ống kính sẽ bằng với con số tiêu cự chia cho 5,6. Ví dụ, ống kính 50mm tại khẩu độ f/2 sẽ có đường kính mở ống kính là 25mm; hoặc tại f/8, đường kính mở ống kính là 6,25mm.
Dù đây không phải là mối lo ngại đối với các ống kính góc rộng, nhưng nó lại là một vấn đề lớn đối với các ống kính tele có khẩu độ lớn. Thử lấy ví dụ với ống kính Canon 70-200 f/2.8 cực kì phổ biến ở hiện tại. Với tiêu cự 70mm, đường kính mở ống kính là 25mm; nhưng với tiêu cự 200mm, con số này lên đến 71,5mm.
Và một bài toán đơn giản được đặt ra, giả sử các vật liệu là cực kì mỏng đến nỗi không xét đến chúng, kích thước tối thiểu nhất có thể của thấu kính phía trước là khoảng 72mm, thực tế, nó đạt mốc 88,8mm, và không có cách nào để làm nó nhỏ hơn.
Bất kể Canon, Nikon hay Sony muốn gì, họ cũng không thể tạo ra một ống kính 200mm f/2.8 mà lại có thấu kính phía trước nhỏ hơn 80mm. Điều này liên quan đến các định luật vật lý mà chúng ta không bao giờ có thể thay đổi được.
Các tính năng kĩ thuật cũng là một vấn đề
Rất nhiều ống kính cũ kĩ không thực sự tốt lắm. Chúng thường rất được người dùng ưa chuộng, nhưng lại không có tính năng tự động lấy nét, thường xuyên xuất hiện hiệu ứng mờ viền (vignetting) hoặc biến dạng nặng (distortion) và những hình ảnh chụp ra không hoàn toàn nét trên toàn bộ khung.
Các ống kính hiện đại đã giải quyết đa số vấn đề này bằng cách thêm nhiều thấu kính, đồng nghĩa rằng kích thước và độ nặng của ống kính cũng sẽ tăng lên.
Tương tự, các tính năng hiện đại như chống rung hình ảnh cũng sẽ khiến các ống kính vốn dĩ đã nặng, nay lại nặng thêm.
Và cũng đừng quên, ống kính prime luôn luôn nhỏ hơn và nhẹ hơn so với một ống kính zoom bao phủ khoảng tiêu cự tương đương, bởi chúng đơn giản hơn rất nhiều. Các ống kính zoom sẽ phải cần đến nhiều thấu kính và các thành phần di chuyển thấu kính hơn.
Vấn đề thực tế nằm ở vật lý
Các vấn đề trên thực tế nảy sinh từ những định luật vật lý.
Quang học là một lĩnh vực cần nghiên cứu tốt và rất phức tạp. Điều khiển ánh sáng để các vật thể ở xa xuất hiện gần hơn hoặc đưa vật thể ở gần ra xa hơn, hay làm mờ hậu cảnh hoặc đảm bảo mọi thứ đều rõ nét, hay duy trì chất lượng hình ảnh cao, sẽ phải yêu cầu đến các ống kính to và nặng.
Thu nhỏ máy ảnh chuyên nghiệp trở nên nhỏ hơn cũng chỉ là một giấc chiêm bao mà thôi.