Para pesquisar uma chave em um documento aninhado, você precisa iterar os campos de documentos recursivamente, você pode fazer isso em JavaScript com a ajuda de $where método no MongoDB A consulta abaixo pesquisará se existe um nome de chave em um documento e seus subdocumentos.
Eu verifiquei isso com o exemplo que você deu, e está funcionando perfeitamente bem.
db.getCollection('test').find({ $where: function () {
var search_key = "lev3_field2";
function check_key(document) {
return Object.keys(document).some(function(key) {
if ( typeof(document[key]) == "object" ) {
if ( key == search_key ) {
return true;
} else {
return check_key(document[key]);
}
} else {
return ( key == search_key );
}
});
}
return check_key(this);
}}
);