Das mit dem 1 M ohm Widerstand ist schon gar nicht so schlecht. Nur wenn die Spannung am Ausgang der OPs zu groß wird, sollte man den kleiner machen. Für eine Etwas nichtlinieare Kennlinie wäre es eventuell sinnvoll statt des Widerstandes ein paar Dioden zu nehmen. Das würde eine etwa logarithmischen Kennlinie geben.


So wie im Plan gezeichnet ist die Diode definitiv falsch herum. Denn so wie im plan müßte der OP eine negative Spannung am Ausgang haben. Der Kondensator parallel zu R1 ist sicher sinnvoll, denn das ist eine relativ große Diode mit recht viel kapazität (ca. 70 pF). Da könnte der OP ohne den Kondensator schon zu Schwingungen neigen. Das könnte eventuell auch eine Rückkopplung vom der LED erklären. Ein Widerstand von nur 100 Ohm ist schon ziehmlich keine Für die LED, wenns keine blaue oder weisse ist. Im Plan fehlt auch einen Entkopplung der Versorgungsspannung.


Sonst sollte man über eine Linse vor der Fotodiode nachdenken.
Der LM 358 ist für eine sehr empfindliche Fotodiode auch schon nicht ideal. Durch den Bias Strom hat man da schon etwa 50 mV an Offset. Besser wäre da ein OP mit MOSFET Eingängen, z.B. TLC272.

@Thoralf: Die Fotodiode sollte man nicht als Widerstand betrachen, sondern als Stromquelle mit einer Diode Parallel.