Para buscar una clave en un documento anidado, debe iterar los campos de los documentos de forma recursiva, puede hacerlo en JavaScript con la ayuda de $where método en MongoDB La siguiente consulta buscará si existe un nombre de clave en un documento y sus subdocumentos.
He comprobado esto con el ejemplo que has dado y funciona perfectamente bien.
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);
}}
);